Глобальная экологическая безопасность и механизмы ее обеспечения

Наша цель в ближайшем  обозримом будущем  - найти альтернативный

источник энергии тем, что у нас традиционно используются (уголь, нефть, газ, атомная энергия). Эти источники либо рано или поздно израсходуются или являются столь  не безопасными, что могут привести к таким печальным

последствиям, что их использование  того не стоит. Мы уже имеем технологии по преобразование солнечной энергии  в электричество, мы подчинили себе ветер и даже смогли заставить  работать на нас реки. Теперь же развивая альтернативные технологии, мы должны отказаться от атомной энергии.

 

 

1.2 Атомная Энергия.

"Нельзя допустить,  чтобы люди направляли на своё  собственное уничтожение те силы  природы, которые они сумели  открыть и покорить"

Ф. Жолио-Кюри

Опыт прошлого свидетельствует, что проходит не менее  80  лет,  прежде чем одни основные источники энергии  заменяются  другими  -  дерево  заменил уголь, уголь - нефть, нефть - газ, химические виды топлива заменила  атомная энергетика.  История  овладения  атомной  энергией  -  от   первых   опытных экспериментов - насчитывает около  60  лет,  когда  в  1939г.  была  открыта реакция деления урана.¹

      В 30-е   годы   нашего   столетия   известный   ученый  И.В.  Курчатов

обосновывал  необходимость  развития  научно-практических  работ  в  области атомной техники  в интересах народного хозяйства  страны.

      В 1946 г.  в России  был  сооружен  и  запущен  первый  на  Европейско-Азиатском   континенте   ядерный    реактор.    Создается уранодобывающая промышленность. Организовано производство ядерного горючего  –  урана-235  и плутония-239, налажен выпуск радиоактивных изотопов.

      В 1954 г.  начала работать первая в мире  атомная станция в г. Обнинске,

а через 3 года на океанские  просторы вышло первое в  мире  атомное  судно  – ледокол «Ленин».

      Начиная  с 1970 г. во многих  странах   мира  осуществляются  масштабные

программы развития ядерной  энергетики².  В настоящее время сотни ядерных реакторов работают по всему миру.

      Атомная  энергетика - активно развивающаяся  отрасль. Кажется,  что ей

предназначено большое будущее, так как запасы нефти, газа,  угля постепенно иссякают, а уран - достаточно распространенный элемент на Земле.

      Энергия - это основа основ. Все блага  цивилизации,  все  материальные

сферы деятельности человека - от стирки белья до исследования Луны  и  Марса - требуют расхода энергии. И чем дальше, тем больше.

      На сегодняшний   день  энергия  атома  широко  используется  во  многих

отраслях экономики. Строятся мощные подводные лодки и надводные корабли с ядерными   энергетическими   установками.   С    помощью    мирного    атома осуществляется поиск полезных ископаемых. Массовое  применение  в биологии, сельском  хозяйстве,  медицине,  в освоении  космоса нашли   радиоактивные изотопы.

      В России  имеется 9 атомных электростанций (АЭС), и практически все они  расположены в густонаселенной  европейской части  страны.  В  30-километровой зоне этих  АЭС проживает более 4 млн. человек.

      Положительное   значение   атомных   электростанций   в   энергобалансе

очевидно.  Гидроэнергетика  для  своей  работы  требует   создание   крупных

водохранилищ, под которыми затапливаются большие площади  плодородных  земель по берегам рек. Вода в них застаивается и теряет свое качество, что  в  свою очередь  обостряет проблемы  водоснабжения,  рыбного  хозяйства  и  индустрии  досуга.

      Теплоэнергетические   станции   в   наибольшей   степени   способствуют

разрушению биосферы и  природной  среды  Земли.  Они  уже  истребили  многие десятки  тонн органического топлива. Для  его добычи из сельского хозяйства  и других сфер изымаются огромные земельные площади. В местах  открытой  добычи угля образуются «лунные ландшафты». А повышенное содержание золы  в  топливе является основной причиной выброса в воздух десятков миллионов  тонн.

Все тепловые энергетические установки мира выбрасывают в  атмосферу  за  год до 250 млн. т  золы и около 60 млн. т сернистого ангидрида.³

Атомная электростанция - электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия  преобразуется в электрическую. Генератором энергии на АЭС является атомный реактор. Тепло, которое выделяется в реакторе в результате цепной реакции деления ядер некоторых тяжёлых элементов, затем так же, как и на обычных тепловых электростанциях, преобразуется в электроэнергию. В отличие от ТЭС, работающих на органическом топливе, АЭС работает на ядерном горючем. При делении 1 г изотопов урана или плутония высвобождается 22 500 квт ч, что эквивалентно энергии, содержащейся в 2800 кг условного топлива. Установлено, что мировые энергетические ресурсы ядерного горючего (уран, плутоний и др.) существенно превышают энергоресурсы природных запасов органического топлива (нефть, уголь, природный газ и др.).

Это открывает широкие  перспективы для удовлетворения быстро растущих потребностей в топливе. Кроме того, необходимо учитывать  всё увеличивающийся объём потребления  угля и нефти для технологических  целей мировой химической промышленности, которая становится серьёзным конкурентом  тепловых электростанций. Несмотря на открытие новых месторождений органического  топлива и совершенствование  способов его добычи, в мире наблюдается  тенденция к относительному увеличению его стоимости. Это создаёт наиболее тяжёлые условия для стран, имеющих  ограниченные запасы топлива органического  происхождения. Очевидна необходимость  быстрейшего развития атомной энергетики, которая уже занимает заметное место  в энергетическом балансе ряда промышленных стран мира.

      Атомные  электростанции – третий «кит»  в  системе  современной   мировой энергетики. Техника АЭС,  бесспорно,  является  крупным   достижением научной топливной промышленности.  В случае безаварийной работы атомные электростанции не производят  практически никакого загрязнения окружающей среды, кроме теплового. Правда в результате работы  АЭС   (и   предприятий   атомного   топливного   цикла)   образуются радиоактивные отходы, представляющие потенциальную опасность.  Причём страны которые позволяют хранить у себя отработанное ядерное топлево имеют не малый доход.

Однако  объем радиоактивных  отходов очень мал, они весьма компактны, и их можно хранить  в условиях, гарантирующих отсутствие утечки наружу.

      АЭС экономичнее   обычных  тепловых  станций,  а,  самое  главное,  при

правильной их эксплуатации – это чистые источники энергии.

Вместе с тем, развивая ядерную  энергетику  в  интересах  экономики,  нельзя

забывать о безопасности и здоровье людей, так как ошибки  могут  привести  к катастрофическим последствиям.

Но в истории уже  известны аварии на АЭС которые приводили к тем самым катастрофическим последствиям.

 

1.3 Катастрофы  связанные с АЭС.

1.3.1 Авария на  Чернобыльской АЭС.

На 25 апреля 1986 года была запланирована остановка 4-го энергоблока Чернобыльской АЭС для очередного планово-предупредительного ремонта. Во время таких остановок обычно проводятся различные испытания оборудования, как регламентные, так и нестандартные, проводящиеся по отдельным программам. В этот раз целью одного из них было испытание так называемого режима «выбега ротора турбогенератора», предложенного генеральным проектировщиком в качестве дополнительной системы аварийного электроснабжения. Режим «выбега» позволял бы использовать кинетическую энергию ротора турбогенератора для обеспечения электропитанием питательных и главных циркуляционных насосов в случае обесточивания электроснабжения собственных нужд станции. Однако данный режим не был отработан или внедрён на АЭС. Это были уже четвёртые испытания режима, проводившиеся на ЧАЭС. Первая попытка в 1982 году показала, что напряжение при выбеге падает быстрее, чем планировалось. Последующие испытания, проводившиеся после доработки оборудования турбогенератора в 1983, 1984 и 1985 годах также, по разным причинам, заканчивались неудачно.

Испытания должны были проводиться 25 апреля 1986 года на мощности 700—1000 МВт (тепловых), 22—31 % от полной мощности. ⁴Примерно за сутки до аварии мощность реактора была снижена. В соответствии с программой, отключена система аварийного охлаждения реактора. Однако дальнейшее снижение мощности было запрещено диспетчером Киевэнерго. Запрет был отменён диспетчером. Во время длительной работы реактора на мощности 1600 МВт происходило нестационарное ксеноновое отравление. В течение 25 апреля пик отравления был пройден, началось разотравление реактора. К моменту получения разрешения на дальнейшее снижение мощности оперативный запас реактивности возрос практически до исходного значения и продолжал возрастать. При дальнейшем снижении мощности разотравление прекратилось, и снова начался процесс отравления.

В течение примерно двух часов мощность реактора была снижена  до уровня, предусмотренного программой (около 700 МВт тепловых), а затем, по неустановленной причине, до 500 МВт. При переходе с системы локального автоматического регулирования  на автоматический регулятор общей  мощности оператор не смог удержать мощность реактора на заданном уровне, и мощность провалилась. Персонал, находившийся на БЩУ-4, принял решение о восстановлении мощности реактора и (извлекая поглощающие  стержни реактора)  через несколько минут добился её роста и в дальнейшем - стабилизации на уровне 160-200 МВт (тепловых). При этом ОЗР непрерывно снижался из-за продолжающегося отравления. Соответственно стержни ручного регулирования продолжали извлекаться.

После достижения 200 МВт тепловой мощности были включены дополнительные главные циркуляционные насосы, и количество работающих насосов было доведено до восьми. Согласно программе испытаний, четыре из них, совместно с двумя дополнительно работающими насосами, должны были служить нагрузкой для генератора «выбегающей» турбины во время эксперимента. Дополнительное увеличение расхода теплоносителя через реактор привело к уменьшению парообразования. Кроме этого, расход относительно холодной питательной воды оставался небольшим, соответствующим мощности 200 МВт, что вызвало повышение температуры теплоносителя на входе в активную зону, и она приблизилась к температуре кипения.

В 1:23:04 начался эксперимент. Из-за снижения оборотов насосов, подключённых к «выбегающему» генератору, и  положительного парового коэффициента реактивности реактор испытывал тенденцию к увеличению мощности (вводилась положительная реактивность), однако в течение почти всего времени эксперимента поведение мощности не внушало опасений.

В 1:23:39 зарегистрирован сигнал аварийной защиты А 3-5 от нажатия кнопки на пульте оператора. Поглощающие стержни начали движение в активную зону, однако вследствие их неудачной конструкции и заниженного (не регламентного)оперативного запаса реактивности реактор не был заглушён. Через 1- 2 с был записан фрагмент сообщения, похожий на повторный сигнал АЗ-5. В следующие несколько секунд зарегистрированы различные сигналы, свидетельствующие о быстром росте мощности, затем регистрирующие системы вышли из строя.

По различным свидетельствам, произошло от одного до нескольких мощных ударов (большинство свидетелей указали на два мощных взрыва), и  к 1:23:47—1:23:50 реактор был полностью  разрушен.⁵

Авария на Чернобыльской  АЭС не имеет аналогов по площади  радиоактивного загрязнения и величине радиоактивного облучения растений, животных и человека. Наибольшую опасность  для всего живого представляют радиоактивные  изотопы йода, стронция, цезия, плутония благодаря своей высокой подвижности  или высокоэнергетическому спектру  излучений. В связи с метеоусловиями загрязнение территории в течение  первых 10 дней после аварии было неоднородным, «пятнистым», поэтому уровень полученных доз объектами живой природы  даже на небольших участках территории отличался в десятки и сотни  раз. Наибольшему радиационному  воздействию подверглись природные  и аграрные экологические системы  в 30-километровой зоне ЧАЭС. Чернобыльская  авария произошла в конце апреля – в период ускоренного роста  растений и обитателей почвы, а этот период является для них наиболее радиочувствительным. Максимальное радиационное воздействие на объекты живой  природы пришлось на первые 10-20 дней с момента аварии. Вторая фаза включала лето и раннюю осень 1986 года, в течении которых мощность дозы на поверхности почвы снизилась до 20-25% первоначальной величины.

В 30-км зоне вокруг ЧАЭС в 1986-1988 г.г. были отмечены многочисленные факты  радиационного поражения растений и животных. Так установлено, что  в Чернобыльской зоне отчуждения наблюдались значительные, ранее  никогда не наблюдавшиеся в природе  поражения экосистем, хотя и на относительно небольших территориях. Так гибель сосновых лесов фиксировалась на территории около 500 га (впоследствии названного "Рыжий лес") в непосредственной близости от ЧАЭС. На этой же площади  отмечена практически полная гибель почвенных беспозвоночных, позднее  в этих районах отмечены признаки изменения популяционных показателей  у мышевидных грызунов. Однако, наиболее существенные изменения экологической системы этой территории связаны не с радиационными повреждениями организмов, а с уходом человека. Как известно в связи с высокими уровнями радиоактивного загрязнения с территории, в последствии названной Чернобыльская зона отчуждения, население было эвакуировано. Практически сразу после аварии, уже 27 апреля, началась эвакуация жителей населенных пунктов, попавших в зону радиационного загрязнения. Всего до середины августа из 81 населенного пункта Украины было эвакуировано 90 784 чел. И еще около 25 000 чел. из 107 населенных пунктов Беларуси. Кроме этого, было вывезено более 60 тыс. голов крупного рогатого скота и др. сельскохозяйственных животных.

 

 

1.3.2 Авария на  АЭС Фукусима1.

11 марта 2011 года мощное землетрясение  спровоцировало разрушительное цунами в Японии, которое привело к тяжелой запроектной аварии на АЭС «Фукусима-1»,  ставшей предупредительным сигналом ренессансу атомной энергетики..

На атомной электростанции «Фукусима-1» в момент землетрясения  три работающих энергоблока были остановлены действием аварийной  защиты, все аварийные системы  сработали в штатном режиме. Однако спустя час было прервано электроснабжение (в том числе от резервных дизельных  электростанций), предположительно из-за последовавшего за землетрясением цунами. 
 Электроснабжение необходимо для отвода остаточных энерговыделений реакторов, которое, согласно формуле Вэя - Вингера в первые секунды составляет около 6,5 % от уровня мощности до останова. Через час - примерно 1,4 %, через год — 0,023 %. ⁶Сразу после потери резервных дизельных электростанций владелец станции компания ТЕРСО заявила правительству Японии об аварийной ситуации. С этого момента работа на площадке АЭС сфокусирована на решении проблемы электроснабжения аварийных систем, на станцию доставляются мобильные силовые установки для замещения неработающих дизелей. 
 Без достаточного охлаждения во всех трёх работавших энергоблоках начал снижаться уровень теплоносителя и повышаться давление, создаваемое образующимся паром. Первая серьёзная ситуация возникла на энергоблоке № 1. Для недопущения повреждения реактора высоким давлением пар сбрасывали в гермооболочку, в которой давление возросло до 840 кПа при расчётном значении в 400 кПа. Чтобы термооболочка не разрушилась, пар пришлось сбрасывать в атмосферу, TEPCO и МАГАТЭ заявили при этом, что он будет фильтроваться от радионуклидов. Давление в гермооблочке удалось сбросить, однако при этом в обстройку реакторного отделения проникло большое количество водорода, образовавшегося в результате оголения топлива и окисления циркониевой оболочки тепловыделяющих элементов паром (пароциркониевая реакция).