Рывок в развитии науки и технологий, вызванный созданием ядерного оружия, позволил существенно расширить сферы энергетического применения. Были созданы атомные электростанции, ядерно-энергетические установки для подводных и надводных кораблей, космоса.
Ядерная физика, как и любая другая современная сложная технология, воплощенная в технику, используемую человеком, связана с определенным риском для отдельной личности, общества и окружающей среды. На ряде объектов ядерной энергетики и ядерно-топливного цикла, произошли тяжелые аварии, которые явились следствием переоценки «зрелости» технологии на этапе ее ускоренного развития. Тем не менее, ядерная физика смогла продемонстрировать свою жизнеспособность, экологическую привлекательность и возможность безопасного и конкурентоспособного обеспечения энергопотребностей общества. Поэтому дальнейшее её развитие возможно лишь при условии создания высокобезопасных, экологически чистых и высокоэкономичных атомных электростанций.
1.Первая АЭС
9 мая 1954 года в Лаборатории "В" началась загрузка активной зоны реактора АЭС топливными каналами. При внесении 61-го топливного канала было достигнуто критическое состояние в 19 ч. 40 мин. В реакторе началась цепная самоподдерживающаяся реакция деления ядер урана. Состоялся физический пуск атомной электростанции.
В 1951 году в лаборатории "В" создан материаловедческий отдел. Начальником отдела назначен В.С.Ляшенко. 25 февраля 1954 года образован технологический отдел, руководителем назначен В.А.Малых.
В июне 1950 года директором Лаборатории "В" назначен член-корреспондент АН СССР Дмитрий Иванович Блохинцев. В декабре того же года создан Ученый Совет для подготовки научных кадров высшей квалификации. В совет вошли: А.И.Лейпунский, Д.И.Блохинцев, Н.В.Агеев, О.Д.Казачковский, А.К.Красин, П.Н.Слюсарев, П.Д.Горбачев.
Осенью 1949 г. после успешного испытания первой атомной бомбы, когда уже на первом промышленном реакторе производился плутоний, когда было организовано и освоено в промышленном масштабе производство обогащенного урана, началось активное обсуждение проблем и направлений создания энергетических ядерных реакторов для транспортного применения (корабли, самолеты) и получения электроэнергии и тепла.
От лаборатории "В" для энергетического применения был предложен реактор на обогащенном уране с бериллиевым замедлителем и гелиевым охлаждением, предполагалась также разработка реакторов на быстрых и промежуточных нейтронах с различным охлаждением, в том числе жидкометаллическим. реактор авария радиоактивный.
По предложению И.В.Курчатова 27 июня 1951 года в Лабораторию "В" были переданы все имеющиеся проектные материалы по уран-графитовому реактору с водяным охлаждением. 12 июля 1951 года Постановлением СМ СССР на Лабораторию "В" возложена задача по разработке и сооружению АЭС с водяным охлаждением.
Постановление Совета Министров от 16 мая 1950 г. определило строительство трех опытных реакторов (уран-графитового с водяным охлаждением, уран-графитового с газовым охлаждением и уран-бериллиевого с газовым или жидкометаллическим охлаждением). По первоначальному замыслу все они поочередно должны были работать на единую паровую турбину и генератор мощностью 5000 кВт.
Технические проекты следовало выполнить в 1950 году. Так начиналось создание первой АЭС и стендов-прототипов энергетических установок атомных подводных лодок. Приказом начальника ПГУ от 08.08.1950 г. директор Лаборатории "В" Д.И.Блохинцев обязывался приступить к подготовительным работам.
В общих чертах проектный облик реактора первой АЭС остался при реализации близким к первоначально предложенному. Реактор с бериллиевым замедлителем реализовался со свинцово-висмутовым охлаждением, уран-бериллиевым топливом и промежуточным спектром нейтронов. Вместо гелий-графитового реактора был создан водо-водяной реактор - основной тип для подводных лодок и ледоколов, а также будущих АЭС. 12 июня 1951 года выходит Постановление СМ СССР о сооружении на территории Лаборатории "В" опытной электрической станции (установки В-10).
По предложению И.В.Курчатова 27 июня 1951 года в Лабораторию "В" были переданы все имеющиеся проектные материалы по уран-графитовому реактору с водяным охлаждением. 12 июля 1951 года Постановлением СМ СССР на Лабораторию "В" возложена задача по разработке и сооружению АЭС с водяным охлаждением.
В 1951 году в лаборатории "В" создан материаловедческий отдел. Начальником отдела назначен В.С.Ляшенко. 25 февраля 1954 года образован технологический отдел, руководителем назначен В.А.Малых.
9 мая 1954 года в Лаборатории "В" началась загрузка активной зоны реактора АЭС топливными каналами. При внесении 61-го топливного канала было достигнуто критическое состояние в 19 ч. 40 мин. В реакторе началась цепная самоподдерживающаяся реакция деления ядер урана. Состоялся физический пуск атомной электростанции.
26 июня 1954 г. в 17 часов 30 минут была открыта задвижка подачи пара на турбогенератор и генератор синхронизирован с сетью Мосэнерго. Состоялся энергетический пуск первой в мире АЭС, которая проработала 48 лет и открыла дорогу использованию атомной энергии в мирных целях.
В связи с возникновением АЭС появилась необходимость в обеспечении их безопасности, как для человека, так и для окружающей среды в целом.
2.Классификация АЭС
Атомные станции классифицируются по двум признакам: по виду энергии, которую они выпускают, и по типу реакторов. В зависимости от типа реактора определяется количество вырабатываемой энергии, уровень безопасности, а также то, какое именно сырьё применяется на станции.
По типу энергии, которую производят станции, они делятся на два вида: атомные электростанции и атомные теплоэлектростанции.
Атомные электростанции - их основной функцией является выработка электрической энергии.
Атомные теплоэлектростанции - за счёт установленных там теплофикационных установок, использующих тепловые потери, которые неизбежны на станции, становится возможен нагрев сетевой воды. Таким образом, данные станции помимо электроэнергии вырабатывают тепловую энергию.
Исследовав множество вариантов, учёные пришли к выводу, что наиболее рациональными являются три их разновидности, которые в настоящее время и применяются во всём мире. Они отличаются по ряду признаков:
1. Используемое топливо;
2. Применяемые теплоносители;
3. Активные зоны, эксплуатируемые для поддержания необходимой температуры;
4. Тип замедлителей, определяющий снижение скорости нейтронов, которые выделяются при распаде и необходимые для поддержки цепной реакции.
Самым распространённым типом является реактор, использующий в качестве топлива обогащенный уран. В качестве теплоносителя и замедлителя здесь используется обыкновенная или лёгкая вода. Такие реакторы называют легководяными, их известно две разновидности.
В первом пар, служащий для вращения турбин, образуется в активной зоне, называемой кипящим реактором. Во втором образование пара происходит во внешнем контуре, который связан с первым контуром посредством теплообменников и парогенераторов. Данный реактор начали разрабатывать в пятидесятых годах прошлого столетия. Примерно в эти же сроки в Союзе разработали кипящий реактор, в качестве замедлителя, у которого выступал графитовый стержень.
3. Воздействие АЭС на окружающую среду
Задача первых реакторов - производство материалов для атомных бомб, в частности, плутония. Плутоний - радиоактивный элемент с очень долгим сроком жизни. Его период полураспада – 24000 лет. Для военных целей плутоний, наработанный в реакторах, при помощи сложных химических процессов извлекался и использовался для производства атомных бомб. Сейчас плутоний для бомб не нужен, и он остаётся в радиоактивных отходах атомных электростанций, серьёзно увеличивая их опасность для человека и окружающей среды.
Плутоний губителен для всего живого. Этого элемента не существовало на Земле до начала строительства ядерных реакторов. Живые организмы в ходе эволюции не были приспособлены к присутствию этого радиоактивного элемента, поэтому его действие столь вредоносно.
Техногенные воздействия на окружающую среду при строительстве и эксплуатации атомных электростанций многообразны. Обычно говорят, что имеются физические, химические, радиационные и другие факторы техногенного воздействия эксплуатации АЭС на объекты окружающей среды. Наиболее существенные факторы:
1. локальное механическое воздействие на рельеф - при строительстве.
2. повреждение особей в технологических системах - при эксплуатации.
3. сток поверхностных и грунтовых вод, содержащих химические и радиоактивные компоненты.
4. изменение характера землепользования и обменных процессов в непосредственной близости от АЭС.
5. изменение микроклиматических характеристик прилежащих районов.
Возникновение мощных источников тепла в виде градирен, водоемов -охладителей при эксплуатации АЭС обычно заметным образом изменяет микроклиматические характеристики прилежащих районов. Движение воды в системе внешнего теплоотвода, сбросы технологических вод, содержащих разнообразные химические компоненты, оказывают травмирующее воздействие на популяции флоры и фауны экосистем. Особое значение имеет распространение радиоактивных веществ в окружающем пространстве. В комплексе сложных вопросов по защите окружающей среды большую общественную значимость имеют проблемы безопасности атомных станций, пришедших на смену тепловым станциям на органическом ископаемом топливе. Однако при авариях атомные станции могут оказывать существенное радиационное воздействие на людей, экосистемы. Поэтому обеспечение безопасности окружающей среды от вредных воздействий АЭС - крупная научная и технологическая задача ядерной энергетики.
4. Воздействие АЭС на человека
Загрязнение среды проживания вредно отражается на здоровье людей, приносит значительные убытки народному хозяйству. В последнее время обстановка ухудшилась настолько, что много районов объявлены районами экологического несчастья.
Один из самых обычных радионуклидов в выбросах АЭС радионуклид - цезий-137. Он быстро концентрируется в пищевых цепочках и, попадая в организм человека, задерживается в мускульных клетках, являясь причиной одного из разновидностей раковых заболеваний - саркомы. Стронций-90 также присутствует в выбросах большинства АЭС. Попадая в организм человека, он может замещать кальций в твердых тканях и грудном молоке. Он ведет к развитию рака кости, рака крови (лейкемии), к раку груди.
Один из глобальных радионуклидов - криптон-85 - поглощается тканями тела при дыхании и хорошо растворяется в жировых тканях человека и животного. Известно, что даже малые дозы облучения криптоном-85 могут повысить частоту рака кожи (Sumner, 1993). Особенно опасен он для беременных.
Стремительно растут концентрации в биосфере радиоуглерода. Есть расчёты, что он уже приводит к увеличению дозовых нагрузок на различные ткани человека в несколько раз.
Какой бы ничтожной ни была концентрация плутония, в случае его попадания в организм человека, последствия могут быть самыми тяжёлыми: рак крови, костей, лёгких, печени, уродства у новорождённых (плутоний - не только радиоактивный, но и токсичный элемент).
Среди опасных для человека радионуклидов, распространяющихся вокруг АЭС - радиоактивный йод (йод-128, йод-131). В экспериментах на млекопитающих йод вызывает нарушение гормонального уровня, летаргию и ожирение (увеличение массы тела).
Атомщики же утверждают, что состояние здоровья у них лучше, чем в других отраслях, а по продолжительности жизни они чуть ли не рекордсмены в России. Для этого были некоторые основания, совсем не связанные с благотворным влиянием радиации на организм человека. Просто в закрытых административных территориальных образованиях (ЗАТО), какими являлись все "атомные" города, да и полузакрытых городах около АЭС (Курчатов, Десногорск, Заречный, Сосновый Бор и др.), жизнь в советское время была налажена значительно лучше и по снабжению полноценными продуктами питания, и по медицинскому обслуживанию, чем на остальной территории СССР. Да и обживали ЗАТО преимущественно молодые и здоровые люди. Тем более показательно, что здоровье 1 млн. 670 тыс. человек "персонала" предприятий ядерно-топливного цикла (включая АЭС) и проживающего в районах их расположения "населения Минатома" оказывается по многим показателям хуже, чем остального населения России.
Говоря о влиянии АЭС на здоровье населения, надо обратиться к данным по влиянию малых доз радиации на организм человека.
Перечень заболеваний и поражений организма человека:
1. Поражения генетического аппарата;
2. Раковые заболевания;
3. Нарушения эмбрионального развития;
4. Врождённые пороки развития;
5. Спонтанные аборты и мертворождения;
6. Преждевременные роды;
7. Пониженный вес новорождённых;
8. Общая младенческая смертность;
9. Смертность первого дня и первой недели после родов;
10. Внезапная младенческая смертность;
11. Нарушения умственного развития;
12. Временная стерильность;
13. Катаракта (помутнение хрусталика);
14. Иммунодепрессия и иммунодефицит;
15. Увеличение частоты и тяжести заболеваний сердечно-сосудистой, дыхательной и пищеварительной систем;
16. Изменения эндокринного статуса;
17. Нарушения менструальной функции;
18. Преждевременное старение и сокращение продолжительности жизни.
Сумма всех имеющихся данных позволяет утверждать: любые АЭС оказываются опасными для здоровья населения на десятки километров вокруг.
5. Загрязнение от АЭС
В мире действует 437 энергетических ядерных реактора, генерирующих почти 16 процентов мировой электроэнергии. Для обеспечения этих АЭС ядерным топливом необходимо ежегодно почти 4000т природного урана.
При ядерных реакциях, происходящих в активной зоне реактора, выделяются радиоактивные газы: ксенон 133Xe (Т1/2 = 5 сут), криптон 85Kr (Т1/2 =10 лет), радон 222Rn (Т1/2 =3.8 сут) и другие. Эти газы поступают в фильтр-адсорбер, где теряют свою активность и только после этого выбрасываются в атмосферу. В окружающую среду поступает также некоторое количество изотопа углерода 14С и трития 3Н.
Другой источник радионуклидов, попадающих в окружающую среду от функционирующих АЭС, – дебалансная и техническая вода. ТВЭЛы, находящиеся в активной зоне реактора, часто деформируются, и продукты деления попадают в теплоноситель.
Дополнительным источником радиации в теплоносителе являются РН, образующиеся в результате облучения материалов реактора нейтронами. Поэтому периодически вода первого контура обновляется и очищается от РН. Выбросы АЭС на 99,9% состоят из инертных радиоактивных газов (ИРГ). В процессе деления образуется около 20 радиоизотопов криптона и ксенона, из которых основной вклад в ИРГ вносят изотопы криптона 88Kr (период полураспада 2.8 ч) и ксенона 133Хе (5.3 сут), 135Хе (9.2 ч), дающие различный вклад, в зависимости от типа реактора. На долю всех оставшихся радионуклидов (в основном это 131I, 60Co, 134Cs, 137Cs и тритий 3H) приходится менее одного процента.
Еще в меньшем количестве наблюдаются выбросы небольшого количества продуктов коррозии реактора и первого контура и осколков деления ядер урана 51Cr, 54Mg, 95Nb, 106Ru, 144Cs. Для Российских АЭС в среднем в численном выражении это составляет на 1 ГВт·ч выработанной электроэнергии 5∙1012 Бк для ИРГ, и 4∙107 Бк для суммы всех остальных радионуклидов.
Большинство радионуклидов газоаэрозольных выбросов, включая ИРГ, имеют довольно небольшой период полураспада и без ущерба для окружающей среды распадаются, не успевая поступить в атмосферу. Тем не менее, для обеспечения безопасности по отношению к этим радионуклидам на АЭС, как правило, предусмотрена специальная система задержки газообразных выбросов в атмосферу.
Характер и количество газообразных радиоактивных выбросов зависит от типа реактора и системы обращения с этими отходами.
Наиболее опасным в выбросах современных АЭС считается тритий. Он может замещать водород во всех соединениях с кислородом, серой, азотом. А эти соединения составляют значительную часть массы животных организмов. Доказано, что он легко связывается протоплазмой живых клеток и накапливается в пищевых цепях. Распадаясь, тритий превращается в гелий и испускает β-частицы.
Такая трансмутация должна быть очень опасна для живых организмов, т.к. при этом поражается генетический аппарат клеток. В организм человека 3Н поступает в виде газа и тритиевой воды 1Н3НО через легкие, кожу и желудочно-кишечный тракт. Газообразный 3H2 в 500 раз менее токсичен, чем сверхтяжелая вода 3H2О.
Это объясняется тем, что молекулярный тритий, попадая с воздухом в легкие, быстро (примерно за 3 мин) выделяется из организма, тогда как тритий в составе воды задерживается в нем на 10 суток и успевает за это время передать организму значительную дозу радиации. Половина тритиевой воды выходит из организма каждые 10 дней.
6. Отходы АЭС
Радиоактивные отходы - вещества, материалы, изделия, оборудование, объекты биологического происхождения, радиоизотопные источники, загрязненные объекты внешней среды, содержание радионуклидов в которых превышает уровни, установленные нормами радиационной безопасности.
Основное требование любой стратегии обращения с радиоактивными отходами всех категорий - отходы должны обрабатываться, перерабатываться, храниться, транспортироваться и захораниваться таким образом, чтобы на протяжении всего срока их потенциальной опасности негативное воздействие на человека и окружающую среду как в настоящее время, так и в будущем не превышало пределов, установленных соответствующими нормативными документами, в независимости от того, где, когда и в какой форме радиоактивные отходы (РАО) образуются.
Для достижения этой цели обращение с радиоактивными отходами требует системного подхода, который в каждой стране определяется законодательством, отражающим нормы и правила по защите населения и охране окружающей среды, роль и ответственность всех, кто имеет отношение к этой проблеме, и т. д. Техническая политика любого государства должна предусматривать необходимость комплексного решения проблемы обращения с радиоактивными отходами на действующих, проектируемых и строящихся объектах, начиная с момента образования РАО и кончая их надежной изоляцией от биосферы на весь срок сохранения отходами потенциальной опасности.
Исходя из результатов многолетних исследований и практического опыта разработано большое количество национальных и международных руководств и правил по радиационной защите и обращению с радиоактивными отходами. Поскольку некоторые радиоактивные отходы могут представлять опасность в течение очень длительного времени (и для будущих поколений), должна учитываться необходимость дополнительных затрат в будущем на обеспечение радиационной защиты, контроля, наблюдения.
Фундаментальные принципы обеспечения безопасности при обращении с радиоактивными отходами разрабатываются и постоянно совершенствуются путем достижения консенсуса среди стран, участвующих в их разработке и обсуждении. Эти принципы и требования обращения с РАО, принятые на международном уровне, сформулированы в документах международных организаций МАГАТЭ, Международной комиссии по радиологической защите и др.
Заключение
Исходя из всего вышесказанного, можно сделать вывод, что АЭС приносят столько пользы человеку, сколько и вреда. АЭС полезны тем, что они вырабатывают электричество, а в некоторых случаях их используют и для отопления квартир. Но в тоже время экологии наносится невосполнимый ущерб: загрязнение воды, загрязнение воздуха, выбросы радиации и другое.