Экологические проблемы ядерной энергетики

Цепные ядерные реакции

Деление атомного ядра – это явление распада ядер на несколько более легких атомных ядер. На основе деления тяжелых элементов (урана и плутония) работают атомные электростанции.

Деление тяжелых ядер может происходить посредством цепной реакции, когда при распаде ядра выделяется частицы (нейтроны), способные вызвать реакцию деления других ядер. Цепные реакции возможны, если масса ядерного топлива превышает минимальную критическую массу.

Принцип работы атомной электростанции. Ядерный реактор. Получение ядерной энергии на АЭС.

Атомные электростанции представляют собой по сути дела тепловые электро­станции, на которых для получения пара или горячего газа используется энергия, в ядерном реакторе в результате ядерной цепной реакции.

Вещество, используемое в реакторах для осуществления цепной реакции, называется топливом. Единственное природное ядерное топливо — уран; он представ­ляет собой смесь двух изотопов: U-238 (99,3%) и U-235 (0,7%).

Изотоп U-238 (уран-238) может погло­щать быстрые нейтроны (их скорость ~ 107 м/с, энергия 1 МэВ) и после це­почки b-распадов превращается в Рu-239 (плутоний-239).

Изотоп U-235 (уран-235) активно по­глощает медленные нейтроны (их ско­рость ~2 • 10³ м/с, энергия 0,025 эВ) и делится на большие осколки (например, на ядра стронция Sr-94 и ядра ксенона Хе-140) и два-три вторичных нейтрона, способных вызвать новые реакции деления: возникает цепная реакция. Таким образом, изотоп уран-235 -основное горючее. Однако ввиду низкого содержания этого изотопа в природном уране последний необхо­димо обогащать, доводя его содержание до 2-5%.

 

Принцип работы атомной электростан­ции.

 

 Схема превращения внутриядерной энергии в электрическую на АЭС показана на рис. 1.

 

 

 

Рис. 1.  

 

 

Интерактивная модель «Принцип действия ядерного реактора»

 

 

Принцип действия атомной бомбы

Экологические проблемы ядерной энергетики.

Положительный экологический фактор, связанный с ра­ботой АЭС, — небольшой выброс вред­ных веществ в атмосферу.

Отрицательных — несколько.

Первый и самый очевидный вид «порчи» окружающей среды атомными электростанциями — тепловое загрязнение.

Тепловые потери АЭС в 1,5 раза боль­ше, чем ТЭС аналогичной мощности; поэтому КПД атомных электростанций невелик (20—25%), и их работа сопро­вождается «сбросом» огромного количе­ства теплоты в воздух и воду.

Тепловое загрязнение изменяет кли­мат региона, где расположена АЭС. Уве­личивается влажность воздуха, особен­но в осенне-зимний период, что небла­гоприятно влияет на здоровье людей, на состояние посевов, лесов, зданий и со­оружений, в том числе распределитель­ных устройств и линий электропередач. Повышение температуры естествен­ных водоемов, куда сбрасывают теплую воду из систем охлаждения станций, приводит к снижению концентрации растворенного в воде кислорода, что уг­нетает развитие рыбной молоди и при­водит к гибели рыб. В нагретой теплой воде водоемов происходит бурное раз­витие сине-зеленых водорослей, наступает «цветение» воды; это явление, по­лучившее название эвтрофизации, дела­ет невозможным использование таких водоемов для питьевого водоснабжения.

Второй фактор — наличие радиоак­тивных отходов.

Экологические проблемы возникают на всех этапах топливного цикла. Рас­смотрим этап А.

Урановая руда добывается на рудни­ках подземным или открытым способом. Как и любая другая отрасль горнодобы­вающего производства, она ухудшает окружающую среду, выводя из хозяйст­венного использования значительные территории, изменяя ландшафт и гидро­логический режим, загрязняя воздух, почву, поверхностные и подземные воды. Разработка урановых месторождений усугубляет эти проблемы тем, что на поверхности оказываются природные радионуклиды с большим периодом по­лураспада, что повышает радиоактив­ность особенно в отвалах рудной поро­ды. Отходы на стадии добычи и пер­вичной переработки природного урана очень велики и составляют 99,8%.

Использование воды в процессах до­бычи урановой руды и ее первичной переработки создает проблему безопас­ного хранения и утилизации жидких от­ходов, содержащих токсичные радиоак­тивные вещества. Из резервуаров для хранения жидких отходов радиоактив­ные вещества могут попадать в грунто­вые воды и расположенные рядом по­верхностные водоемы.

Многие сторонники ядерной энерге­тики утверждают: сами АЭС при их нор­мальной работе полностью безопасны и не создают особых экологических про­блем. Думается, что это не совсем так. Ведь даже при нормальном функциони­ровании обычных АЭС определенное количество радионуклидов выделяется в воздух. Вот как это происходит. Радио­активный изотоп йод-135 (один из глав­ных продуктов распада в работающем ядерном реакторе) не накапливается в составе отработанного топлива, поскольку его период полураспада мал и состав­ляет всего 6,7 ч; он в результате ряда радиоактивных распадов превращается в радиоактивный газ ксенон-135, активно поглощающий нейтроны и потому пре­пятствующий цепной реакции. Для пре­дотвращения «ксенонового отравления» реактора радиоактивный ксенон посто­янно удаляют из реактора через высокую трубу.

Небольшое количество радионукли­дов поступает в водоем вместе со сбра­сываемой водой.

Хотя эти радиационные выбросы в воздух и воду при нормальной работе АЭС невелики, благодаря аккумулирую­щему эффекту они могут оказывать не­благоприятное воздействие на живые организмы, а также на людей, работаю­щих на станции или живущих в зоне ее расположения.

Твердые и жидкие отходы, возникаю­щие при регенерации ядерного топлива, обладают очень высокой радиоактивно­стью и требуют специальной переработ­ки и специального захоронения в целях обеспечения безопасности.

Третий фактор - радиоактивные из­лучения (РИ): они — самая главная опас­ность атомной энергетики, существую­щая, как следует из вышесказанного, на всех этапах топливного цикла и работы АЭС. РИ оказывают пагубное воздейст­вие на все живые организмы. Механизм биологического действия РИ сложен и до конца не изучен.

Иони­зация и возбуждение атомов и молекул живых тканей, происходящие при погло­щении последними излучений, — лишь начальный этап в сложной цепи после­дующих биохимических превращений. Установлено, что ионизация приводит к разрыву молекулярных связей, измене­нию структуры химических соединений и, в конечном счете, к разрушению нук­леиновых кислот и белка. Под действи­ем радиации поражаются клетки тканей, прежде всего их ядра, нарушаются спо­собность клеток к делению и обмен ве­ществ в них. Наиболее чувствительны к радиационному воздействию кроветвор­ные органы (костный мозг, селезенка, лимфатические железы), эпителий слизи­стых оболочек (в частности, кишечника), щитовидная железа. В результате действия радиоактивных излучений на органы че­ловека возникают тяжелейшие заболева­ния: лучевая болезнь, злокачественные опухоли, приводящие нередко к смертель­ному исходу. Облучение оказывает силь­ное влияние на генетический аппарат, приводя к появлению потомства с урод­ливыми отклонениями или врожденными тяжелыми заболеваниями организма.

Степень биологического воздействия радиации зависит от вида излучения, его интенсивности и продолжительности облучения организма.

Специфическая особенность радиоак­тивных излучений: они не воспринима­ются органами чувств человека и даже при смертельных дозах не вызывают болевых ощущений в момент облучения; в этом — их «коварство».

Четвертый фактор — аварийные ситуации на ядерных объектах, в том числе на АЭС.

Взрыв четвертого энергоблока Черно­быльской атомной электростанции (ЧАЭС) — одна из таких ситуаций. Он произошел 26 апреля 1986 г. в 01 ч 23 мин 40 с и вызвал прежде всего механичес­кое разрушение верхней защитной пли­ты реактора (массой 2 тыс. т), топлив­ных кассет и взрывной выброс значи­тельного количества диспергированного ядерного топлива, содержащего более 100 различных радионуклидов.

Последствия Чернобыльской катаст­рофы проявляются до сих пор.

 

Сообщество физика https://vk.com/public194235375