Сибирьска википедья

Difference between revisions of "АЭС (экологическая характеристика)"

← Older edit
Content deleted Content added
VisualWikitext
m Автоматическая загрузка
 
Line 1:
{{YouTube|4FdvN_dnNtE|width=300|height = 250}}▼
 
=='''АЭС Общая(экологическая характеристика и принцип работы АЭС ==)'''
▲{{YouTube|4FdvN_dnNtE|width=300|height = 250}}
Атомная энергетика основана на ядерной реакции, в ходе которой происходит деление тяжелого ядра на осколки, сопровождающееся уменьшением массы и выделением огромного количества энергии. Эта ядерная реакция выделяет в миллионы раз больше энергии, чем простое горение, используемое на тепловых электростанциях ([[ТЭС]]). По сути, на АЭС происходит замедленный, контролируемый процесс, похожий на взрыв небольшой атомной бомбы, но не являющийся таковым. В результате, 1 грамм урана энергетически эквивалентен 2 тоннам угля, что делает ядерное топливо в миллионы раз более эффективным по сравнению с органическим. По состоянию на 2009 год, в мире функционировало 424 ядерных энергоблока, обеспечивая 17% всей производимой энергии, а в России насчитывалось 29 блоков (9 АЭС).
 
== Общие сведения и статистика ==
== Технологические особенности ==
Атомная энергетика представляет собой важнейшую высокотехнологичную отрасль мирового топливно-энергетического комплекса. По состоянию на две тысячи девятый год в глобальном масштабе функционировало четыреста двадцать четыре ядерных энергоблока, которые в совокупности генерировали около семнадцати процентов всей вырабатываемой на планете электроэнергии. В Российской Федерации на тот же период эксплуатировалось двадцать девять энергоблоков, размещенных на девяти атомных электростанциях. Фундаментальной основой функционирования подобных энергетических объектов является управляемая ядерная реакция деления тяжелых ядер на более легкие фрагменты-осколки. В ходе протекания данной реакции происходит уменьшение суммарной массы взаимодействующих частиц, что, в соответствии с физическими законами, сопровождается высвобождением колоссальных объемов тепловой энергии. По своей внутренней физической природе данный процесс аналогичен взрыву атомной бомбы, однако в условиях ядерного реактора он носит строго контролируемый, замедленный и управляемый характер. Количество энергии, выделяемой при ядерном делении, в миллионы раз превосходит энергетический выход, получаемый при классическом химическом горении традиционного углеводородного топлива на тепловых электростанциях.
Основным ядерным топливом служит уран, первичный изотоп 235/92. Продуктами деления урана являются радиоактивный плутоний, а также может использоваться торий. Запасы урана, если их перевести в условное топливо, в тысячу раз превышают запасы угля, что, вероятно, дает основание мировому капитализму не беспокоиться о скором истощении нефти и угля.
Технологически ядерные реакторы делятся на два основных типа: на медленных нейтронах и на быстрых нейтронах.
 
== Физические основы и топливный цикл ==
Большинство реакторов работают на медленных нейтронах, используя уран со степенью обогащения примерно 2-4%. Для замедления нейтронов используется вода или тяжелая вода; реакторы с тяжелой водой могут работать на необогащенном уране. В качестве замедлителя также может применяться графит, а в качестве теплоносителя — вода; именно такая комбинация использовалась на Чернобыльской АЭС, и графитные реакторы критикуются как небезопасные. Реакторы на медленных нейтронах используют уран только на 1%, то есть 99% энергии урана пропадает, что говорит о низком КПД самой технологии усвоения энергии.
Ядерное топливо характеризуется беспрецедентно высокой энергетической плотностью и эффективностью. В эквивалентном соотношении сгорание всего одного грамма урана способно заменить сжигание двух тонн каменного угля. Основным сырьем, используемым в качестве ядерного топлива, выступает первичный изотоп уран-двести тридцать пять. В ходе ядерной реакции в качестве побочного продукта образуется радиоактивный плутоний, который также обладает высоким энергетическим потенциалом. В качестве альтернативного вида топлива в ядерных технологиях может применяться торий. Несмотря на то что уран является химическим элементом с высокой степенью рассеянности в земной коре, а его максимальная концентрация в промышленных рудах редко превышает половину процента, совокупные мировые запасы этого энергоносителя огромны. При пересчете урановых руд в условное топливо выясняется, что энергетический резерв урана превосходит мировые запасы угля в тысячу раз. Данное обстоятельство обеспечивает энергетическую независимость цивилизации на тысячелетия вперед, что приобретает критическую значимость на фоне прогнозируемого истощения запасов нефти и природного газа в ближайшее столетие. Компактность ядерного топлива позволяет полностью нивелировать зависимость электростанций от непрерывных и масштабных логистических поставок сырья, давая возможность возводить генерирующие мощности практически в любой географической точке.
Реакторы также делятся по контуру на одноконтурные (пар образуется непосредственно в реакторе, что усложняет эксплуатацию) и двухконтурные. Двухконтурные АЭС считаются лучше: теплоноситель в первом контуре (который радиоактивен) передает тепло воде во втором контуре, который не загрязняется радиацией и используется для вращения паровой турбины и получения электричества.
 
== Классификация ядерных реакторов ==
Реакторы на быстрых нейтронах (размножители) характеризуются высоким КПД, который в 40 раз выше, чем у реакторов на медленных нейтронах. Они даже способны увеличивать количество ядерного горючего. Эти реакторы сложны в постройке из-за отсутствия замедлителей в активной зоне и использования металлического натрия в качестве теплоносителя (трехконтурная система). В СССР первая АЭС на быстрых нейтронах была введена в эксплуатацию в 1973 году в городе Шевченко.
В современной атомной энергетике ядерные реакторы принципиально разделяются на два основных технологических класса в зависимости от энергии нейтронов, инициирующих реакцию деления. Наиболее распространенным типом являются реакторы на медленных нейтронах. Для поддержания стабильной цепной реакции в таких установках применяется уран со степенью обогащения от двух до четырех процентов. Обязательным компонентом системы выступает замедлитель нейтронов, функцию которого традиционно выполняет обычная вода, тяжелая вода или графит. Использование тяжелой воды в качестве замедлителя позволяет осуществлять эксплуатацию реактора на природном, необогащенном уране. Реакторы на медленных нейтронах обладают существенным недостатком, заключающимся в крайне низком коэффициенте полезного действия по отношению к расходуемому материалу: в полезную энергию преобразуется лишь около одного процента потенциальной энергии урана, тогда как остальная часть остается невостребованной.
== Экологические преимущества и риски ==▼
Одним из традиционных преимуществ атомной энергетики является то, что она воспроизводит ядерное топливо, снимая проблему истощения ресурсов. Кроме того, АЭС не выделяет оксид серы в огромных количествах и не сбрасывает много топлива в атмосферу, в отличие от ТЭС, которые сильно загрязняют окружающую среду. Также АЭС не зависит от источников сырья и может быть построена практически везде, что крайне важно в условиях постоянных войн за углеводородные ресурсы. Небольшое количество привезенного урана обеспечивает длительную работу станции, в отличие от ТЭС, требующих постоянного подвоза нефти или угля.
 
Вторым, более сложным классом являются реакторы на быстрых нейтронах. Конструкция данных аппаратов исключает наличие замедлителей в активной зоне, а в качестве теплоносителя используется жидкий металлический натрий, циркулирующий в трехкорпусной системе охлаждения. Главным преимуществом реакторов на быстрых нейтронах является их способность к расширенному воспроизводству ядерного горючего с коэффициентом до одной целой четырех десятых. Коэффициент полезного действия таких установок превышает аналогичный показатель реакторов на медленных нейтронах в сорок раз. Однако их проектирование и строительство требуют значительно больших финансовых вложений и применения сложнейших инженерных решений.
АЭС являются сложными и дорогими как в постройке, так и в эксплуатации. Самая большая опасность связана с серьезными авариями, такими как Чернобыль и Фукусима. Если происходит авария, накапливаются долгоживущие радиоактивные отходы (РАО) и наблюдаются серьезные последствия.
 
Помимо энергетического спектра нейтронов, атомные станции классифицируются по архитектуре охлаждающих контуров. Одноконтурные системы предполагают совмещение функций теплоносителя и рабочего тела: пар, вращающий турбину, образуется непосредственно в активной зоне реактора. Такая схема технологически сложна в эксплуатации из-за высокого уровня радиационного загрязнения всего генерирующего оборудования. В двухконтурных системах радиационный теплоноситель первого контура охлаждается, передавая тепловую энергию изолированному второму контуру. Вода во втором контуре не подвергается радиоактивному заражению; она преобразуется в пар и подается на паровую турбину, обеспечивая высокий уровень радиационной безопасности машинного зала.
 
== Экологические преимущества атомной энергетики ==
В контексте промышленной экологии атомная энергетика обладает рядом неоспоримых преимуществ перед углеводородной генерацией. Процесс выделения энергии в ядерном реакторе не сопровождается процессами горения, что полностью исключает эмиссию в атмосферу таких загрязнителей, как оксиды серы, углекислый газ и зола, которые являются неизбежными спутниками функционирования тепловых электростанций. Реакторы на быстрых нейтронах способны реализовывать замкнутый топливный цикл, воспроизводя ядерное топливо и тем самым решая проблему постепенного истощения ресурсно-сырьевой базы планеты. Локализация производственного цикла снижает антропогенную нагрузку на ландшафты, так как отпадает необходимость в создании масштабной транспортной инфраструктуры для непрерывного подвоза миллионов тонн ископаемого топлива.
 
▲== Экологические преимуществапроблемы и риски ==
Функционирование объектов атомной энергетики неразрывно связано со специфическими экологическими рисками. Ключевой угрозой является вероятность возникновения масштабных радиационных аварий, последствия которых носят катастрофический характер для биосферы, что было наглядно продемонстрировано событиями на Чернобыльской атомной электростанции и станции Фукусима. Реакторы, использующие графит в качестве замедлителя и воду в качестве теплоносителя, подвергаются обоснованной критике со стороны специалистов за потенциальную уязвимость и недостаточный уровень внутренней безопасности.
 
В штатном режиме работы атомные электростанции выступают мощным фактором теплового загрязнения окружающей среды. Использование колоссальных объемов воды в качестве рабочего тела и охладителя приводит к сбросу подогретых вод в водоемы и массивным выбросам водяного пара в атмосферу. Вода, проходящая через технологические циклы станции, подвергается радиационному загрязнению. Хотя образующиеся радионуклиды склонны к относительно быстрому естественному распаду, а их концентрация в сбрасываемых водах теоретически должна поддерживаться в рамках предельно допустимых концентраций, периодически фиксируемые объемы сбросов наводят на серьезные опасения относительно кумулятивного воздействия радиации на пресноводные и морские экосистемы.
 
В ходе работы АЭС загрязняют воду, которая используется как рабочее тело и теплоноситель. Атомные электростанции выбрасывают очень много воды, которая может быть радиоактивной. Хотя радионуклиды в воде достаточно быстро распадаются, и считается, что допустимые нормы радиации (ПДК) не превышаются, существует риск, что они могут сбрасывать в воду много радиации.
== Обращение с радиоактивными отходами ==
Процесс генерации атомной энергии неминуемо сопровождается образованием газообразных, жидких и твердофазных радиоактивных отходов, требующих специализированных методов утилизации. Газовые выбросы атомной электростанции подразделяются на технологические и вентиляционные потоки. Технологические газы, образующиеся при стационарной работе оборудования, аккумулируются в специальных резервуарах — газгольдерах. В этих емкостях газы выдерживаются до момента естественного физического распада радиоактивных изотопов. Данная методика сопряжена с необходимостью сооружения крупногабаритных хранилищ и постоянным риском утечки токсичных веществ. Вентиляционные газы, отводимые из помещений станции, подвергаются комплексной фильтрации. Для очистки применяются фильтры на основе волокон хлорвинила, закрепленных на марлевой подкладке с добавлением полимерных соединений, а также методы адсорбции с использованием активированного угля. Активированный уголь обладает способностью восстанавливать свои сорбирующие свойства после естественного распада накопленных радиоизотопов, что позволяет использовать его многократно.
Основной стратегией является обеспечение безопасности, поскольку АЭС постоянно производят радиоактивные отходы. Твердые отходы, в частности отработанные ионообменные смолы, образующиеся при очистке воды, должны захораниваться глубоко под землей. Однако глубокое захоронение дорого, поэтому РАО часто хранят на поверхности или, например, в Сибирской тайге. Перед захоронением требуется длительная очистка от долгоживущих изотопов, которой часто пренебрегают. В настоящее время в России имеется 257 мест поверхностного хранения РАО, и экологи постоянно выражают обеспокоенность тем, что последствия поступления радиации в окружающую среду не до конца понятны.
 
== Выбросы с АЭС ==
Жидкие радиоактивные отходы преимущественно представлены кубовым остатком, образующимся после выпаривания отработанных вод. Для их обезвреживания в промышленной практике применяются методы фильтрации, выпаривания и ионного обмена. Доминирующим методом является ионный обмен, однако в результате его применения образуются вторичные высокоактивные отходы — отработанные ионообменные смолы, аккумулирующие радиоактивные элементы. Эти смолы, наряду с другими твердыми радиоактивными отходами, подлежат изоляции от биосферы. В настоящее время функционирует множество мест поверхностного хранения радиоактивных отходов, что вызывает перманентную обеспокоенность природоохранных организаций. Постоянно возрастающие объемы захоронений и потенциальная угроза проникновения радионуклидов в подземные водоносные горизонты остаются нерешенной технологической задачей.
Существуют газовые, жидкие и твердые выбросы.
 
== Исторический контекст и перспективы развития ==
Эволюция атомной энергетики сопровождалась как периодами стремительного развития, так и фазами глубокой стагнации. Важной вехой в истории отрасли стал тысяча девятьсот семьдесят третий год, когда в Советском Союзе, в городе Шевченко, была введена в эксплуатацию первая в мире атомная электростанция на быстрых нейтронах. Советская энергетическая программа предусматривала массовое строительство генерирующих мощностей для обеспечения внутренних потребностей страны и возможности экспорта углеводородного сырья. Однако авария на Чернобыльской станции привела к радикальному пересмотру стратегии развития отрасли. Реализация масштабных проектов была приостановлена, а строительство пятнадцати новых атомных электростанций было полностью отменено. В современной парадигме атомная отрасль стремится восстановить общественное доверие путем внедрения многоуровневых систем безопасности и проведения широких информационных кампаний. Учитывая необратимый процесс сокращения запасов нефти и газа, атомная энергетика рассматривается как безальтернативный базис для формирования устойчивого энергетического баланса будущего, что делает преодоление сопутствующих экологических рисков одной из главных задач современной науки.
 
== См. также ==
 
[[Австралийская область]]
1. Газовые выбросы: Основные потоки загрязненных радиацией газов — это технологические газы (образующиеся при работе оборудования) и вентиляционные газы (поступающие из помещений). Технологические газы выдерживаются в газгольдерах, чтобы дать радиоактивным изотопам естественно распасться, что требует длительного хранения и контроля за утечками. Вентиляционный воздух очищают с помощью фильтров, например, слоем волокон хлорвинила на марлевой подкладке.
 
[[Category:Экология]]
2. Жидкие отходы: К ним относятся вода и кубовый остаток. Для их очистки применяются традиционные методы: ионный обмен, фильтрация и выпаривание. Однако в результате ионного обмена образуются радиоактивно загрязненные ионообменные смолы, которые становятся твердыми радиоактивными отходами.
[[Category:Промышленная экология]]
 
[https://www.youtube.com/watch?v=4FdvN_dnNtE Смотреть видео]
Развитие атомной энергетики в России было приостановлено после Чернобыльской аварии, хотя СССР планировал массовое строительство АЭС. Тем не менее, атомная отрасль остается сильной и постоянно выпускает рекламные материалы, пытаясь убедить общественность в безопасности. Вероятно, человечество постепенно перейдет на атомную энергетику из-за истощения углеводородов, но вопрос о том, где хранить отходы, остается сложным.
[[Category:Промышленность Сибири]]
Retrieved from "https://sibwiki.org/wiki/АЭС_(экологическая_характеристика)"