Мировые тенденции в сфере энергетике Нетрадиционные виды энергетики Солнечная коллектор Обзор зарубежного опыта строительства АЭС Реакторная установка БН-600 Экологические проблемы гидроэнергетики Атомная энергетика

Экологические проблемы энергетики

Экологические преимучества атомной энергетики

Источники излучений, действию которых мы все подвержены: естественная радиация, радиация при медицинских процедурах, искусственное облучение (рис.4).

Источники радиации вокруг нас (рис. 5)

Основными факторами воздействия атомной электростанции на окружающую среду региона являются: радиационный (через образующиеся в процессе работы АЭС жидкие, газообразные, аэрозольные и твердые радиоактивные отходы); тепловой (при сбросе в залив используемой для охлаждения лаэсовских агрегатов морской воды); химический (жидкие отходы с токсичными веществами, образующимися при технологических операциях). Из всех этих факторов важнейшим для атомной станции и отличительным от тепловой является радиационный.

Атомная энергия более чистая, чем вы думаете!

Излучения естественны. Радиоактивность есть повсюду в природе. Многие имеют стереотипное представление об атомной энергии, связывая её с работой промышленности, которая якобы производит огромные количества высокорадиоактивных отходов, сбрасываемых в окружающую среду. Вид атомной электростанции с огромными бетонными башнями, над которыми поднимаются в небо белые облака (это сооружения для охлаждения воды, называемые градирнями), порождает чувство безумного страха перед огромной силой, которая заключена в них. А что если все взорвется?

Людей беспокоит, что облака над градирнями содержат ядовитые химикаты или даже радиоактивные вещества. Однако это совсем не так. Облако над градирней - не более чем скопление мельчайших капель воды, влажный воздух, и это облако, точно такое же, как и все другие облака в небе.

Состав же автомобильных выхлопов, дыма промышленных предприятий и обычных теплоэлектростанций, где сгорает мазут, каменный уголь или природный газ, совершенно другой. В этих выбросах содержится много ядовитых веществ, которые никак нельзя считать полезными для окружающей среды (табл. 3).

При производстве электроэнергии на АЭС образуются радиоактивные вещества, попадание которых в окружающую среду может привести к опасным для человека последствиям. Поэтому необходимо по возможности полностью исключить радиационное воздействие на работников станции, население и окружающую среду. При проектировании станции предусматривают барьеры безопасности для предотвращения радиоактивных выбросов в окружающую среду (рис 6).

Атомная электростанция- это не атомная бомба.

Гражданский ядерный реактор и атомная бомба функционируют по-разному. В обоих случаях происходит выделение энергии, и в этом процессе участвуют нейтроны, но сами процессы радикально отличаются. Бомбу специально создают для взрыва, вкладывая огромный труд в сложнейшие технологии, которые позволяют добиться нужного результата. Реактор разрабатывают для производства тепловой энергии, которая протекает под строгим контролем. В самом худшем случае активная зона может перегреться до такой степени, что ядерное топливо или даже часть самого реактора расплавится, но ядерного взрыва не произойдет ни при каких обстоятельствах. Таким образом, очень важно видеть разницу между гражданскими атомными электростанциями и ядерным оружием. Смешение этих понятий становится причиной негативного отношения к применению ядерной энергии в мирных целях, хотя оно не имеет под собой никакой научной основы. Атомные электростанции приносят нам существенную пользу, обеспечивая электричеством и не приводя к загрязнению природы при относительно низком риске и ограниченных последствиях аварий. В то же время ядерные вооружения – тотально разрушительны, негуманны и по определению сродни апокалипсису.

 

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ В РОССИИ:

Многочисленные прогнозы дальнейшего использования атомной энергии в мире достаточно противоречивы и неоднозначны. В некоторых странах сложилось негативное отношение к АЭС. Большинство прогнозов сходятся на том, что потребности в электрической энергии в мире к середине XXI в. возрастут в 2-3 раза по сравнению с концом XX в., что связано с неизбежным удвоением населения Земли, а также с ростом потребления энергии в развивающихся странах. Поэтому атомная энергетика, удовлетворяющая повышенным требованиям по безопасности и экономике, должна взять на себя определенную часть прироста мировых потребностей в топливе и энергии.  Ближайшие перспективы развития атомной энергетики в России определены в «Программе развития атомной энергетики». Важнейшими задачами до 2015 г. являются: наращивание производства электроэнергии на АЭС (для замещения органического топлива с высвобождением ресурсов газа и нефти) благодаря повышению эффективности использования ее существующих мощностей; продление сроков эксплуатации энергоблоков, выработавших установленный ресурс; продление сроков эксплуатации энергоблоков, выработавших установленный ресурс; завершение строительства и ввода в действие новых энергоблоков, имеющих высокую строительную готовность.

Программой предусматривается ввод современных энергоблоков на Ростовской, Калининской и Курской АЭС. Кроме того, планируется обеспечить проектирование, строительство и ввод в эксплуатацию головных энергоблоков АЭС нового поколения повышенной безопасности с ректорами ВВЭР-640 (модификация В-407) и ВВЭР-1000 (модификация В-392) на новых площадках Сосновоборской, Кольской и Нововоронежской АЭС. Намечено сооружение энергоблоков с реакторами БН-800 на площадках Южно-Уральской и Белоярской АЭС. Предстоит довести до практической реализации и продемонстрировать эффективность и высокую безопасность ACT - атомных станций теплоснабжения для обеспечения теплом крупных городов и регионов. Программой предусмотрена также расконсервация и достройка Воронежской ACT с двумя энергоблоками тепловой мощностью по 500 МВт, а также сооружение новой аналогичной двухблочной ACT в г. Томске. В соответствии с этим документом в России намечено достигнуть следующих показателей (табл. 4)

Важным является проведение намеченных научных исследований и опытно-конструкторских работ (НИОКР) по созданию и внедрению в атомную энергетику XXI в. реакторных установок с естественной безопасностью, в которых исключаются тяжелые аварии с повреждением топлива в активных зонах реакторов. Принцип естественной безопасности атомной энергетики распространяется на весь ядерно-топливный цикл и включает в себя следующие требования: исключение тяжелых аварий с повреждением ядерного топлива, представляющих радиационную опасность для населения; надежное обращение и захоронение радиоактивных отходов; обеспечение режима нераспространения ядерных материалов.

Оценивая перспективы атомной энергетики, необходимо иметь в виду, что к настоящему времени в России сложилась благоприятная ситуация со складскими запасами урана, достаточными для работы атомных электростанций общей электрической мощностью 70-75 ГВт в течение нескольких десятилетий (даже при незамкнутом топливном цикле).

Формирование крупномасштабной атомной энергетики позволит снизить потребление органического топлива (и в первую очередь природного газа), реструктурировать экспортный потенциал России и восполнить его другими энергетическими ресурсами, способствовать решению экологических проблем, связанных с энергетикой, а также решить задачу длительного и надежного энергообеспечения отдаленных и труднодоступных районов страны, использующих жидкие органические виды топлива.

Высокотемпературные газовые реакторы и быстрые газовые реакторы-размножители является следующим поколением перспективных и безопасных ядерных источников как для выработки электрической энергии, так и для получения высокопотенциального технологического тепла.

Наличие в России удаленных и труднодоступных регионов (Крайний Север, Дальний Восток и др.) с низкой плотностью населения предопределяет целесообразность использования для электро- и теплоснабжения автономных ядерных источников небольшой мощности. Программой развития АЭС предусматривается сооружение головных ядерных установок малой мощности, в том числе строительство АТЭЦ в г. Певек (на Чукотке) и в Приморском крае, на базе судовой реакторной установки типа КЛТ-40 тепловой мощностью 70 МВт. В России морская транспортная энергетика получила широкое развитие и хорошо себя зарекомендовала. В XXI в., безусловно, будет продолжаться дальнейшее развитие и совершенствование транспортной (судовой) атомной энергетики - создание плавучих атомных электростанций.

Основным прикладным результатом фундаментальных исследований в ядерной физике явилось становление атомной энергетики. Производимая в ядерных реакторах энергия составляет около 6% всего мирового производства энергии. В некоторых странах ( Франция, Швеция ) атомные электростанции дают более половины всей электроэнергии. Однако развитие атомной энергетики породило и общественные проблемы, которые наиболее ярко проявились в трагической Чернобыльской катастрофе. После Чернобыля опасность для здоровья людей и окружающей среды, связанная с ядерной энергетикой, вызвала обоснованная негативную реакцию общественного мнения. Возникшие при этом вопросы относились не только к промышленникам и политикам, но и к научному сообществу физиков, работающих в области ядерной физики и физики элементарных частиц. В конце концов выяснилось, что физики разработали ядерный реактор, который, как оказалось, может выйти из-под контроля. Поэтому задача развития безопасной ядерной энергетики, проведение фундаментальных исследований по этой тематике в последние годы привлекают повышенное внимание.

 Ядерным (или атомным) реактором называется устройство, в котором осуществляется управляемая реакция деления ядер. Ядра урана, особенно ядра изотопа 235U, наиболее эффективно захватывают медленные  нейтроны. Вероятность захвата медленных нейтронов с последующим делением ядер в сотни раз больше, чем быстрых. Поэтому в ядерных реакторах, работающих на естественном уране, используются замедлители нейтронов для повышения коэффициента размножения нейтронов. Эти реакторы получили название гетерогенных реакторов. Уже давно известен возможный вариант безопасной ядерной энергетики - освоение управляемого термоядерного синтеза. Однако, несмотря на принципиальную осуществимость этой программы, до сих пор перед исследователями стоят ещё не преодолённые технологические трудности. Для завершения программы исследований по управляемому термоядерному синтезу необходимы большие материальные вложения и значительное время. В то же время также достаточно давно известен и другой вариант безопасной энергетики, основанный на работе ядерного реактора в подкритическом режиме, для чего требуется облучение реактора потоком нейтронов. Эти нейтроны могут быть получены с помощью интенсивных пучков протонов или более тяжелых ядер. В последние годы работа в этом направлении значительно активизировалась как в область фундаментальных исследований, так и в разработке конкретных проектов установок, производящих энергию.

Атомный реактор. Источником энергии реактора служит процесс деления тяжелых ядер. Напомним, что ядра состоят из нуклонов, то есть протонов и нейтронов. При этом количество протонов Z определяет заряд ядра Ze: оно равно номеру элемента из таблицы Менделеева, а атомный вес ядра А – суммарному количеству протонов и нейтронов. Ядра, имеющие одинаковое число протонов, но различное число нейтронов, являются различными изотопами одного и того же элемента и обозначается символом элемента с атомным весом слева вверху.

Ядерный реактор в подкритическом режиме как усилитель энергии. Представим себе, что мы собрали атомный реактор, имеющий эффективный коэффициент размножения нейтронов kэф немного меньше единицы. Облучим это устройство постоянным внешним потоком нейтронов N0. Тогда каждый нейтрон (за вычетом вылетевших наружу и поглощённых, что учтено в kэф) вызовет деление, которое даст дополнительный поток N0k2эф. Каждый нейтрон из этого числа снова произведёт в среднем kэф нейтронов, что даст дополнительный поток N0kэф и т.д.

О выборе сорта частиц в ускорителе. В проекте, разрабатываемом группой К.Руббиа, а так же в ряде других проектов для получения пучка нейтронов предлагается использовать ускоритель протонов. Действительно, технология сооружения сильноточных ускорителей протонов хорошо разработана, изучены процессы рождения нейтронов при взаимодействии пучка протонов с массивными мишенями.

Постулаты Бора В 1912 году в Манчестер к Резерфорду приехал молодой датский физик Нильс Бор. Пробыв в Манчестере около четырех меся­цев, Бор «заболел» атомом. Постоянно и мучительно размышляя над проблемой устойчивости атома. Бор пришел к убеждению, что «этот вопрос просто невозможно решить посредством уже известных правил». Бор понял, что не все законы классической физики применимы к явлениям атомных масштабов и что для описания свойств атомов нужна новая теория, учитывающая квантовые представления.


Конструкция реакторной установки БРЕСТ-1200