Экологическая характеристика атомных электростанций

1986 г. (год аварии на Чернобыльской АЭС) большие надежды в решении многих эколо­гических проблем, связанных с энергетикой, возлагались на атомные станции. Широкое применение ядерной" энергетики позволяет экономить невозобновимые топливные ресурсы и использовать их более рационально для прризводства 1 трлн. кВт электроэнергии необходимо сжечь на ТЭС 280 млн. т ископаемого топлива. При этом неизбежно интен­сивное загрязнение природной среды большим количеством продуктов неполного сгорания топлива, а также газами. АЭС при нормальной работе практически не загрязняют окружаю­щую среду. Облучение от воздействия АЭС в радиусе 80 км в 6000 раз меньше дозы облучения, получаемой от естествен­ного радиоактивного фона. Кроме того, в отношении радиаци­онной безопасности АЭС более благоприятны, чем электро­станции, работающие на угле. Так, доза облучения, получае­мая в результате выбросов АЭС, в 5—40 раз меньше дозы, вызванной выбросами ТЭЦ аналогичной мощности. Поэтому замена угольных ТЭЦ исправно работающими атомными стан­циями многократно улучшает радиационную обстановку в районах крупных электростанций.

Современные АЭС с реакторами на тепловых нейтронах, экономя органическое топливо, расходуют ядерное горючее весьма расточительно — используется лишь 0,5—1% урано­вой руды, а остальные 99% идут в отвалы. Ныне в ряде стран разработана и успешно внедряется более экономичная техно­логия, которая позволяет значительно полнее использовать урановое топливо. На атомных станциях с реакторами-раз­множителями на быстрых нейтронах не только производится энергия, но и вырабатывается плутоний — новое ядерное го­рючее. В реакторах на быстрых нейтронах можно использо­вать практически все 100% добываемого урана. Сочетание по­добных реакторов с реакторами на тепловых нейтронах много­кратно увеличивает производство энергии из урана.

Производство электроэнергии на атомных станциях не сопровождается выбросами в атмосферу диоксида углерода и поэтому не усугубляет проблемы, связанные с парниковым эффектом. Потребление кислорода на ядерных станциях также сведено к минимуму. Для разбавления небольших выбросов АЭС в атмосферу до допустимых концентраций требуется в тысячи раз меньше воздуха в расчете на единицу вырабатываемой энергии, чем при работе обычных тепловых электростанции.

Наряду с решением большого числа проблем развитие ядерной энергетики ставит перед человечеством и качественно новые экологические задачи. Как показала чернобыльская катастрофа, ядерные станции представляют глобальную угрозу всему живому в случае нарушения нормального режима их работы. Аварии на атомных станциях влекут за собой опасные экологические последствия для обширных территорий и огромных масс людей. При чем радиоактивное загрязнение с помощью воздушных течений и вод распространяются на территории весьма удаленные от АЭС. Так, на Чернобыльской АЭС высота выбросов из аварийного блока достигла 1200 м. Отсюда мощными воздушными течениями радионуклиды распространились на многие тысячи километров. Выпадение радиоактивных продуктов распада произошло во многих районах западной части европейской территории СССР, а также на Кольском полуострове и на Кавказе. Радиоактивные дожди прошли в зарубежных странах – Австрии, Германии, Италии, Норвегии, Швеции, Польши, Румынии и Финляндии. Облучению лишь в одной европейской части СССР подверглись несколько миллионов человек. В отличии от многих других проблем связанных с авариями технических устройств, геоэкологические следствия аварий на АЭС сохраняют свою остроту в течение очень длительного времени – многих лет, десятилетий и даже столетий.

Сложные экологические проблемы возникают не только при авариях, но и при нормальной работе АЭС. К их числу относится проблема длительного и безопасного хранения высокоактивных отходов ядерной энергетики, исключающего распространение антропогенной радиации в пределах биосферы. С каждым годом количество радиоактивных отходов растет. Они сохраняют свою активность в течении многих столетий. Долгоживущие изотопы, образующиеся на ядерных станциях в качестве отходов, должны быть на сотни лет изолированы от живых организмов, от свободно перемещающихся масс воды и воздуха. При организации хранения таких отходов необходимо учитывать комплекс природных факторов и условий.

В 60-е гг. ХХ в. Было выдвинуто предложение использовать для целей захоронения радиоактивных отходов впадины океана глубиной свыше 7 км. В частности была предложена впадина Тонга в Тихом океане. Предполагалось, что глубинные водные массы в таких впадинах лишены горизонтальных и вертикальных циркуляции или же они происходят крайне медленно и поэтому сброшенные туда радиоактивные вещества будут практически изолированы от внешней среды. Однако тщательное изучение гидрологического режима таких впадин показало, что это не так. Было установлено, что обновление глубинных вод океана происходит менее чем за 100 лет, а в ряде случаев подъем с глубины выше 1000 метров осуществляется всего за 3-4 года. Следовательно, и сверхглубокие впадины не могут служить достаточно надежным местом захронения радиоактивных отходов. В соответствии с современными международными соглашениями в моря и океаны можно сбрасывать только разбавленные радиоактивные растворы. Но сброс даже таких растворов опасен.

 По международным соглашениям твердые, слабо-, средне-, и высокорадиоактивные отходы должны капсулироваться стеклом и помещаться в специальные хранилища, находящиеся под постоянным контролем. Применяемое для этих целей стекло не выщелачивается. Стеклянные радиоактивные блоки можно разрушить лишь с большим трудом, но и тогда распространение радиоактивности не произойдет, так как отходы сплавлены со стеклом. В таком состоянии они могут храниться тысячи лет. Существуют и другие способы хранения радиоактивных отходов. Все они сложны и дорогостоящи. При любом способе хранения радиоактивные вещества должны быть изолированы от биохимического круговорота элементов в биосфере. Чаще всего в качестве складов используются соляные штольни, в которых нет грунтовых вод. Соляные породы прочны и пластичны, что гарантирует герметичность захоронения в течении длительного времени, а высокая теплопроводность соляных пород способствует отводу тепла, выделяющегося в процессе распада радиоактивных веществ.

Разработан также способ захоронения радиоактивных отходов с помощью гидравлического разрыва, при котором в слое глинистого сланца пробуривается скважина до горизонтов, расположенных ниже грунтовых вод. В скважину под давлением нагнетается вода, что приводит к образованию в сланцах серии трещин. После этого радиоактивные вещества в цементном растворе под огромным давлением вводятся в тре­щины. Такой способ на сотни лет устраняет возможность рас­пространения радиоактивных веществ даже при землетрясе­нии.

Для захоронения предлагается также использовать скопле­ния гравия в горных районах аридных зон. В этом случае стальные остеклованные канистры помещаются в пакеты из гравия на глубину не более 30 м. Фильтрующаяся вода в усло­виях аридного климата проникает за зиму не глубже 7—8 м, а летом она полностью испаряется. Водозные воды обходят гра­вийный пакет, так как в нем разорваны капиллярные связи. Выделяемое радиоактивными отходами тепло дополнительно подсушивает зону захоронения. Этот способ проще и дешевле предыдущих. Но он достаточно надежен только в том случае, если в течение сотен лет в этом районе не произойдет    смены климата на более влажный.

С работой АЭС связана также проблема теплового загрязне­ния водоемов. Большое количество воды, используемой при работе АЭС, сбрасывается в водоемы в нагретом состоянии. Во­доемы, служащие для охлаждения отработанной воды, зани­мают значительные площади. При большом числе АЭС трудно найти свободные или малоценные земли для создания подоб­ных водоемов. Поэтому в большинстве случаев нагретые воды сбрасываются непосредственно в реки. В ряде районов мира тепловое загрязнение рек — большая проблема. Например, в США в XXI в. тепловые и атомные станции будут использо­вать для охлаждения треть стока рек. В засушливые годы для охлаждения потребуется весь сток, что может привести к рез­кому изменению природных свойств всей гидросети страны. Поэтому в США предполагается нагретые воды АЭС сбрасы­вать в моря. Для нашей страны в связи с особенностями кли­мата (продолжительная холодная зима) проблемы теплового загрязнения вод практически не существует. Сбросное тепло АЭС может широко применяться для интенсификации сель­скохозяйственного производства и для других практических целей.

В числе побочных продуктов работы АЭС образуется плуто­ний, который может быть использован для изготовления атом­ных бомб. Ежегодное производство плутония в мире в ближай­шие годы составит 1,5 млн кг, а для изготовления бомбы с зарядом мощностью 20 кт требуется лишь 8 кг плутония. С каждым годом растет число стран, имеющих атомные стан­ции и, следовательно, ядерные материалы. Соответственно, возрастает и опасность распространения ядерного оружия.

Таким образом, развитие ядерной энергетики ставит перед человечеством новые острые политические проблемы. Пред­отвратить распространение ядерного оружия призвано Меж­дународное агентство по атомной энергетике(МАГАТЭ). Важнейшая задача агентства — содействовать мирному ис­пользованию атомной энергии и препятствовать распростране­нию ядерного оружия. МАГАТЭ осуществляет контроль за ядерными материалами, стремясь не допустить их примене­ния в военных целях.

В ряде стран мира (Франция, Великобритания, Россия) осу­ществляется промышленная переработка отходов АЭС. Для этого построены автоматизированные заводы. Предполагается создать очень крупное предприятие по хранению и переработ­ке радиоактивных отходов в Красноярском крае. На нем планируется также перерабатывать радиоактивные отходы, при­возимые из-за рубежа. Но этот проект вызывает опасенйя у многих ученых и инженеров. В случае аварии на таком заводе может возникнуть угроза радиоактивного загрязнения обшир­ных регионов. Кроме того, серьезные опасения связаны также с техническими трудностями обеспечения полной безопаснос­ти транспортировки радиоактивных отходов на большие