АЭС (экологическая характеристика)
Общая характеристика и принцип работы АЭС
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).
Технологические особенности
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.
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. 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.
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.
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.
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.
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
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
Существуют газовые, жидкие и твердые выбросы.
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.
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.
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.