Атомная энергия и окружающая среда

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени ШАКАРИМА города СЕМЕЙ

 

 

Инженерно-технологический факультет

(наименование  факультета)

 

 

 

 

Кафедра «Техническая физика и теплоэнергетика»

(наименование  кафедры)

 

 

 

Автоматизация энергетического оборудования ТЭС и АЭС

 (наименование дисциплины)

 

 

 

СРО № 3

(наименование  работы)

 

 

Атомная энергия и окружающая среда

 (тема работы)

 

 

 

 

Выполнила:                            Проверил:

 

___________   Касимова Н.С.                  Преподаватель: Нургалиев Д.Н.

      (подпись)        (Ф.И.О. студента)                  (Ф.И.О. преподавателя)   

____________       ____________                             ____________             ____________

     (оценка)              (дата)                                             (подпись)                   (дата)

 

 

 

 

 

 

Семей

2016 
    Содержание 

 

 

 

Введение

 

Атомная энергия - энергия, выделяющаяся в процессе превращения атомных ядер. Источником атомной энергии является внутренняя энергия атомного ядра. Более точное название атомной энергии - ядерная энергия.

Различают два получения ядерной энергии: - осуществление ядерной цепной реакции деления тяжелых ядер; - осуществление термоядерной реакции синтеза легких ядер.

На сегодняшний день ядерная энергетика и её влияние на окружающую среду являются самыми актуальными вопросами намеждународных съездах и собраниях. Особенно остро этот вопрос стал звучать после аварии на Чернобыльской атомной электростанции(ЧАЭС). На подобных съездах решаются вопросы, связанные с монтажными работами на АЭС. А также вопросы, затрагивающиесостояние рабочего оборудования на данных станциях. Как известно работа атомных электростанций основывается на расщепленииурана на атомы. Поэтому добыча этого топлива для станций также является не маловажным вопросом на сегодняшний день. Многиевопросы, касающиеся атомных электростанций, так или иначе, связаны с окружающей средой. Хотя работа атомных электростанцийприносит большое количество полезной энергии, но, к сожалению, все «плюсы» в природе компенсируются своими «минусами». Атомнаяэнергетика не исключение: в работе атомных электростанций сталкиваются с проблемами утилизации, хранения, переработки итранспортировки отходов. [1]. 
1  Экологическая Безопасность

 

Все вопросы защиты окружающей среды составляют единый научный, организационно - технический комплекс, который следует называть экологической безопасностью. Следует подчеркивать, что речь идет о защите экосистем и человека, как части экосферы от внешних техногенных опасностей, т.е. что экосистемы и люди являются субъектом защиты. Определением экологической безопасности может быть утверждение, что экологическая безопасность - необходимая и достаточная защищенность экосистем и человека от вредных техногенных воздействий. Обычно выделяют защиту окружающей среды как защищенность экосистем от воздействий атомных станций при их нормальной эксплуатации и безопасность как систему защитных мер в случаях аварий на них. Как видно, при таком определении понятия "безопасность" круг возможных воздействий расширен, введены рамки для необходимой и достаточной защищенности, которые разграничивают области незначимых и значимых, допустимых и недопустимых воздействий. Отметим, что в основе нормативных материалов по радиационной безопасности лежит идея о том, что слабейшим звеном биосферы является человек, которого и нужно защищать всеми возможными способами. Считается, что если человек будет должным образом защищен от вредных воздействий АС, то и окружающая среда также будет защищена, поскольку радиорезистентность элементов экосистем, как правило, существенно выше человека [2].

Ясно, что это положение не является абсолютно бесспорным, поскольку биоценозы экосистем не имеют таких возможностей, какие есть у людей - достаточно быстро и разумно реагировать на радиационные опасности. Кроме того, различны сорбционные характеристики различных элементов биогеоценозов. И поэтому в случаях тяжелых аварий на АС запасы радио-нечувствительности биоценозов могут быть исчерпаны . Отсюда следует, что при оценке уровня безопасности АС необходимо явно учитывать экологические последствия воздействий АС, а при разработке мер противоаварийной защиты АС предусматривать и действия по защите окружающей среды. Атомные электростанции оказывают на окружающую среду - тепловое, радиационное, химическое и механическое воздействие. Для обеспечения безопасности биосферы нужны необходимые и достаточные защитные средства. Под необходимой защитой окружающей среды будем понимать систему мер, направленных на компенсацию возможного превышения допустимых значений температур сред, механических и дозовых нагрузок, концентраций токсикогенных веществ в экосфере. 

Санитарные нормативы предельно-допустимых концентраций (ПДК), допустимые температуры, дозовые и механические нагрузки должны быть критерием необходимости проведения мероприятий по защите окружающей среды. Система детализированных нормативов по пределам внешнего облучения, пределам содержания радиоизотопов и токсичных веществ в компонентах экосистем, механическим нагрузкам могла бы нормативно закрепить границу предельных, критических воздействий на элементы экосистем для них защиты от деградации. Другими словами должны быть известны экологические емкости для всех экосистем в рассматриваемом регионе по всем типам воздействий.

Разнообразные техногенные воздействия на окружающую среду характеризуются их частотой повторения и интенсивностью. Например, выбросы вредных веществ имеют некоторую постоянную составляющую, соответствующую нормальной эксплуатации, и случайную компоненту, зависящую от вероятностей аварий, т.е. от уровня безопасности рассматриваемого объекта. Ясно, что чем тяжелее, опаснее авария, тем вероятность ее возникновения ниже. Эти воздействия и соответствующие им последствия могут быть разбиты на незначимые, допустимые и недопустимые области. 

Меры предупреждения опасных воздействий, их предотвращения при эксплуатации, создания возможностей для их компенсации и управления вредными воздействиями должны приниматься на стадии проектирования объектов. Это предполагает разработку и создание систем экологического мониторинга регионов, разработку методов расчетного прогнозирования экологического ущерба, признанных методов оценивания экологических емкостей экосистем, методов сравнения разнотипных ущербов. В пределе эти меры должны создать базу для активного управления состоянием окружающей среды. В настоящее время принято обосновывать экологическую безопасность атомных электростанций при их проектировании в несколько стадий. В начале работ, до реального проектирования АС разрабатывается т.н. Концепция экологической безопасности АС, в которой оценивается состояние окружающей среды в районе предполагаемого строительства АС и определяется уровень допустимых воздействий на природное окружение, т.е. тот уровень, который согласуется с природоохранным и санитарно-гигиеническим законодательством, учитывает социальные аспекты экологической безопасности - сохранность ценных природных комплексов, возможные изменения в жизненном укладе населения, структуре землепользования региона, а также предполагаемую реакцию населения,  обеспечивает отсутствие значительного вмешательства в природные процессы и серьезных воздействий на биогеоценозы на прилежащих к АС территориях. 

Затем, в рамках Технико-экономического обоснования - ТЭО разрабатывается Оценка воздействий АС на окружающую среду - АВОС АС, а далее, уже на стадии проекта АС разрабатывается т.н. Обоснование экологической безопасности - ОЭБ АС, в котором подтверждается соответствие технических решений требованиям Концепции охраны окружающей среды в регионе. Эти материалы тщательно анализируются в рамках Экологической экспертизы, проводимой независимыми экспертами [3].

2 Проблемы  Атомной Энергетики

 

 Сегодня будущее невозможно представить без развития атомной энергетики. И руководители крупнейших предприятий, не отрицая ни на секунду всей опасности этого дела, подчеркивают, что современные атомные объекты снабжены самыми серьезными защитными приборами. На деле же оказывается, что даже банальный громоотвод оказывается неэффективным: то и дело в реакторы попадают молнии, которые пока, слава Богу, к серьезным авариям не привели. Но спасает только человеческий фактор, то есть опытные сотрудники, которые мгновенно реагируют на подобные погодные капризы. Если же на секунду представить, что молния ударит не в здание, а в контейнер с обогащенным ураном (а они десятками стоят прямо на улицах за ограждением массы комбинатов), смертельные случаи будут зафиксированы в десятках километров от этого места.

Впрочем, даже если на всей территории нет ни одного контейнера с опасным веществом, и молния всего лишь обесточит одну из линий электропередач, главное – чтобы контрольная техника вовремя выдала об этом сигнал и запустила резервные. В противном случае станция может стать неуправляемой. Кстати, авария в Чернобыле произошла именно из-за снижения мощности, и оно было плановым, а не внезапным.

Наиболее чистый и, к сожалению, малопопулярный источник - солнечная энергетика - лишь начинает развиваться. Энергия воды, ветра и приливов явно недостаточна для удовлетворения растущих потребностей многомиллиардного населения. Ядерные реакторы при нормальной эксплуатации, когда соблюдаются все необходимые правила, являются экологически безопасными. Они расходуют сырье (уран и плутоний), которое ни для чего другого не пригодно. К тому же из малого количества урана можно получить большое количество энергии, что дает возможность создать долгосрочные запасы ядерного топлива без значительных складских расходов. Итак, перед нами огромные преимущества ядерной энергии против возможности крупномасштабного радиоактивного заражения. Вообще-то вероятность такого несчастного случая можно свести к ничтожному уровню, если все страны согласятся принять немецкий стандарт безопасности, что совершенно неизбежно после предупреждения, которое получил весь мир после катастрофы на атомном реакторе в Чернобыле. Более того, отметим, что дальнейшее хищническое сжигание ископаемого топлива может привести к экологической катастрофе, последствия которой поистине непредсказуемы для всего живого на земле. В конечном счете уголь и нефть, также как и уран с плутонием, в перспективе должны уступить место более надежным и экологически безопасным технологиям в энергетике, разработке которых ученые должны посвятить свои будущие проекты и научные исследования. Абсолютно исключить возможность ядерной войны при сегодняшней напряженности в международных отношениях нельзя, тем более что она может разразиться из-за технической неисправности или по воле сумасшедшего диктатора. Результатом был бы не только счет жертвам на миллионы и миллиарды, но и радиоактивное заражение всего уцелевшего, особенно генофонда растений, животных и людей. Многие виды вымрут, поскольку поднятая ядерными взрывами пыль на многие месяцы закроет Солнце, поглотит часть солнечного излучения, вызовет новый ледниковый период. Вся человеческая цивилизация, от транспорта до здравоохранения, будет разрушена, если вообще в этой войне будут выжившие. Пройдут многие столетия, прежде чем Земля сможет хотя бы частично восстановиться после страшной катастрофы. Водородная бомба - еще более страшное оружие, чем атомная бомба. В ней за счет взрыва урана или плутония достигаются температуры порядка нескольких миллионов градусов. При этих условиях находящиеся внутри бомбы изотопы водорода сливаются в ядра гелия и освобождают неописуемое количество энергии. Здесь мы видим дьявольскую комбинацию расщепления ядер и ядерного синтеза. Сравнительно небольшая атомная бомба, разрушившая японский город Хиросиму в 1945 году, обладала взрывной силой в 20 килотонн тринитротолуола (тротила) - обычной взрывчатки, используемой в качестве эталона. Мощность же самой большой из взорванных водородных бомб составила 58 мегатонн, что примерно соответствует 3000 таких бомб, как та первая, взорванная в Хиросиме.

На атомных электростанциях энергия ядра освобождается, но тут же снова сковывается. Цепные реакции протекают здесь под полным контролем и обеспечивают равномерную подачу электроэнергии. В атомной бомбе неконтролируемые цепные реакции протекают с расщеплением такого количества ядер, что за доли секунды выделяется огромное количество энергии, способное вызвать невероятные разрушения. 

Никакой регулирующий стержень не остановит нарастающую нейтронную лавину. За несколько миллиардных долей секунды в результате бесчисленных ядерных распадов выделяется не только колоссальная энергия, но и смертельная радиация. Высокоактивные продукты распада, которые в мирное время заливают стеклом и хранят в соляных пластах, сыплются с неба на поля, леса и города, неся гибель всему живому [4].

Ядерный взрыв на атомной электростанции невозможен даже при выходе из строя всех систем безопасности или оккупации станции террористами, потому что ядерное топливо в реакторе содержит всего 3% из расщепляющегося U-235, тогда как для ядерного взрыва потребовалась бы гораздо более высокая степень обогащения. Даже топливо бридеров на быстрых нейтронах не настолько обогащено, чтобы взорваться, подобно атомной бомбе, как часто утверждают противники этих реакторов. В их тепловыделяющих элементах содержится всего 20-30% расщепляющегося материала, а в атомной бомбе - почти 100%.

До недавнего времени во многих странах с радиоактивностью обращались, да и до сих пор часто обращаются весьма легкомысленно. Взрываются атомные бомбы всех типов, ядерные отходы закапывают в землю без соблюдения каких-либо правил, либо сбрасывают в море. Так, в бывшем СССР по данным футуролога  Р. Юнгка еще до Чернобыльской аварии целые населенные пункты были переселены из-за радиоактивного заражения, во Франции на регенерационной установке La Hague произошла целая серия мелких аварий, повлекшая за собой более или менее значительные радиоактивные выбросы. После запрещения испытаний ядерного оружия в трех сферах (в атмосфере, в космическом пространстве и под водой; Московский договор 1963 года) загрязненность окружающей среды радиоактивными веществами пошла на убыль. Но наличие соседних стран, не обладающих такими традициями экологической безопасности, как Германия, продолжает вызывать беспокойство. Страшная авария на реакторе в Чернобыле со всей очевидностью показала нам, какая опасность исходит от атомных электростанций в других странах. А против уголовников, террористов или военной угрозы нет стопроцентной защиты и в Германии.

Градирни атомных электростанций мощностью 500 МВт каждую секунду выбрасывают в атмосферу около тонны водяного пара. За год испаряется примерно 32 миллиона тонн воды, что составляет 16% от испарения всего озера Бодензее. На озере эта влага выпаривается с большой открытой поверхности, тогда как в градирне выброс пара сконцентрирован на малом пространстве. Это при определенных метеорологических условиях может изменить локальный климат, что выражается в появлении тумана и облаков, уменьшении солнечного излучения и более частых осадках. Особенно большие проблемы возникают осенью, когда влажность воздуха особенно высока; в сухую погоду влияние выбросов несущественно. На макросиноптическую ситуацию градирни не оказывают влияния.