Ядерная энергетика

               Министерство образования Оренбургской  области

ГБОУ СПО «Сельскохозяйственный  техникум»

 

 

 

Самостоятельная работа

По дисциплине «Физика»  

На тему:  «Ядерная энергетика»

 

 

         

 

 

 

 

 

            Выполнил:

                                 Студент 11«П» группы

              Заико Игорь

                                                  Проверила: Коршунова Татьяна  Ивановна

 

 

 

                                    2012-2013уч. Год

Ядерная энергетика

 

Ядерная энергетика (Атомная энергетика) — это отрасль энергетики, занимающаяся производством электрической и тепловой энергии путём преобразования ядерной энергии.

Обычно для получения ядерной  энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер урана-235 или плутония. Ядра делятся при попадании в них нейтрона, при этом получаются новые нейтроны и осколки деления. Нейтроны деления и осколки деления обладают большой кинетической энергией. В результате столкновений осколков с другими атомами эта кинетическая энергия быстро преобразуется в тепло.

Хотя в любой области энергетики первичным источником является ядерная  энергия (например, энергия солнечных  ядерных реакций в гидроэлектростанциях и электростанциях, работающих на органическом топливе, энергия радиоактивного распада  в геотермальных электростанциях), к ядерной энергетике относится  лишь использование управляемых  реакций в ядерных реакторах.

Ядерная энергия производится в атомных электрических станциях, используется на атомных ледоколах, атомных подводных лодках; США осуществляют программу по созданию ядерного двигателя для космических кораблей, кроме того, предпринимались попытки создать ядерный двигатель для самолётов (атомолётов) и «атомных» танков.

Безопасность

Ядерная энергетика остаётся предметом  острых дебатов. Сторонники и противники ядерной энергетики резко расходятся в оценках её безопасности, надёжности и экономической эффективности. Опасность связана с проблемами утилизации отходов, авариями , приводящими к экологическим и техногенным катастрофам, а также с возможностью использовать повреждение этих объектов (наряду с другими: ГЭС, химзаводами и т. п.) обычным оружием или в результате теракта — как оружие массового поражения. «Двойное применение» предприятий ядерной энергетики , возможная утечка (как санкционированная, так и преступная)  ядерного топлива из сферы производства электроэнергии и его использовании для производства ядерного оружия служит постоянным источником общественной озабоченности, политических интриг и поводов к военным акциям (например, Операция «Опера», Иракская война).

Вместе с тем, выступающая за продвижение ядерной энергетики  публиковала данные, согласно которым гигаватт мощности , произведенной на угольных электростанциях, в среднем (учитывая всю производственную цепочку) обходится в 342 человеческих жертвы, на газовых — в 85, на гидростанциях — в 885, тогда как на атомных — всего в 8 .

Экономическое значение

Выработка электроэнергии на российских АЭС в 1991—2010 годах, млрд кВт⋅ч

В 2010 году ядерная энергия обеспечивала 2,7% всей потребляемой человечеством  энергии. Ядерный сектор энергетики наиболее значителен в промышленно  развитых странах, где недостаточно природных энергоресурсов — во Франции, Бельгии, Финляндии, Швеции, Болгарии и Швейцарии. Эти страны производят от 20 до 80 (во Франции)% электроэнергии на АЭС.

В США на АЭС производят только 1/8 своей электроэнергии, однако это составляет около 20 % мирового производства.

На Украине вклад ядерной  энергетики в общую выработку  составляет почти 50 %.

Абсолютным лидером по использованию  ядерной энергии являлась Литва. Единственная Игналинская АЭС, расположенная на её территории, вырабатывала электрической энергии больше, чем потребляла вся республика (например, в 2003 году в Литве всего было выработано 19,2 млрд кВт⋅ч, из них — 15,5 Игналинской АЭС^[3]). Обладая её избытком (а в Литве есть и другие электростанции), «лишнюю» энергию отправляли на экспорт. 
Однако, под давлением ЕС (из-за сомнений в её безопасности — ИАЭС использовала энергоблоки того же типа , что и Чернобыльская АЭС), с 1 января 2010 года Игналинская АЭС была окончательно закрыта (предпринимались попытки добиться продолжения эксплуатации станции и после 2009 года, но они не увенчались успехом), сейчас решается вопрос о строительстве на той же площадке АЭС современного типа.

Критика

Одной из проблем ядерной энергетики является тепловое загрязнение. По мнению некоторых специалистов, атомные  электростанции, «в расчете на единицу  производимой электроэнергии», выделяют в окружающую среду больше тепла, чем сопоставимые по мощности ТЭС. В качестве примера можно привести проект строительства в бассейне Рейна нескольких атомных и теплоэлектростанций. Расчеты показали, что, в случае запуска всех запланированных объектов, температура в ряде рек поднялась бы до 45°С, уничтожив в них всякую жизнь.

 

 

 

Экологические проблемы ядерной энергетики

 

Можно выделить следующие основные проблемы, связанные с возможным  радиационным воздействием объектов ядерной  энергетики на человека и природную  среду:

 экологические последствия  ядерных аварий;-

 захоронение радиоактивных  отходов;-

 биологическое воздействие  малых доз радиации.-

Основную долю в выбросах радионуклидов  на АЭС составляют продукты деления. В их состав входят инертные радиоактивные  газы (изотопы ксенона и криптона), а также такие экологически значимые радионуклиды, как тритий, углерод-14, хром-51, марганец-54, железо-59, кобальт-60, цинк-65, стронций-90, рутений-106, йод-131, цезий-134, цезий-137, церий-144 и др.

1010ГБк. Существующие на АЭС  технологические системы позволяют  обеспечить весьма высокие коэффициенты  удержания большей части радионуклидов,  в результате чего утечки радионуклидов  в окружающую среду сводятся  до уровней, допустимых действующими  санитарными правилами.´При эксплуатации АЭС в процессе деления тяжелых ядер и активации нейтронами различных материалов в активной зоне реактора образуется большое число радионуклидов. Например, в реакторе ВВЭР-440 после кампании, равной одному году, активность накопленных продуктов деления достигает 4

Например, для ЛАЭС газоаэрозодьные выбросы в 1980-1985 гг. составляли в среднем по инертным радиоактивным газам (ИРГ) – 30%, йоду-131 – 20%, стронцию-90 – 3%, короткоживущие радионуклиды (КЖН) – 30%. Основную часть в выбросах радионуклидов в атмосферу составляют ИРГ – изотопы ксенона, криптона и аргона. Для уменьшения активности выбрасываемых газов на АЭЯ осуществляется их временная задержка перед выбросом в трубу, в течение которой происходит распад КЖН. Существенное различие между реакторами РБМК и ВВЭР с точки зрения радиоактивности воздушных выбросов заключается в том, что из-за замкнутости первого контура ВВЭР время пребывания в нем радиоактивных веществ на много больше, чес в открытом единственном контуре РБМК. Временная задержка радионуклидов уменьшает их активность, что эквивалентно улавливанию значительной части радиоактивности. В среднем величина выбросов ИРГ для реакторов ВВЭР более чем на порядок ниже по сравнению с реакторами РБМК. Фактические выбросы реакторов типа ВВЭР составляют несколько процентов от уровня предельно допустимых выбросов (ПДВ). Для реакторов типа РБМК выбросы радионуклидов (ИРГ) в целом выше, но также не превышают установленных ПДВ.

Другая группа радионуклидов представляет собой продукты коррозии материалов активной зоны реактора и первого  контура теплоносителя: хром-51, марганец-54, кобальт – 60 и др. Основной вклад  радиоактивных выбросов в атмосферу  дают инертные радиоактивные газы –  тритий и углерод-14. В сбросах  в водоемы наиболее значимую роль играют тритий, цезий-137 и др. При  повреждении оболочек ТВЭЛов в выбросах АЭС могут присутствовать следовые количества радионуклидов урана, нептуния, плутония, америция и кюрия.

-излучения будут получать большую  дозу, чем клетка в целом .bТрансурановые элементы могут поступать в окружающую среду также при проведении ремонтных работ, например, при замене технологических каналов. Выбросы трансурановых нуклидов, как правило, существенно ниже радиоактивных выбросов других экологически значимых радионуклидов. Инертные радиоактивные газы вносят основной вклад в формирование дополнительного природного фона и в суммарное содержание радионуклидов в объектах окружающей среды. Прогнозируемое на ближайшие десятки лет повышение содержания в биосфере трития (Т1/2=12,3 лет) и углерода-14 (Т1/2=5730 лет) приведет к очень малому изменению дозовой нагрузки. Однако следует иметь в виду, что как углерод-14, так и тритий могут включаться в генетические структуры организмов, которые из-за локального воздействия

Среди инертных радиоактивных газов  особую значимость имеет Кг-85, который  поступает в атмосферу как в процессе эксплуатации АЭС, так и от заводов по регенерации ядерного топлива. Увеличение концентрации Кг-85 в атмосфере может изменить в результате ионизации электропроводность воздушной среды и вызвать труднопрогнозируемые геофизические эффекты (изменение заряда Земли, изменение магнитного поля и др.).

Радиоактивность приземного воздуха  формируется, в основном, радионуклидами естественного происхождения (радон-222, радон-220, бериллий-7 и др.), а также  радиационными продуктами ядерных  взрывов (цезий-137, стронций-90 и др.). Концентрация естественных радионуклидов  в воздухе в среднем составляет: радон-222 – 2,0 Бк/м3, радон-220 – 0,2 – Бк/м3, бериллий-7 – 3 Бк/ м3. Следует заметить, что в зонах с умеренным  климатом концентрация радона в закрытых помещениях в среднем примерно в 8 раз выше, чем в наружном воздухе. Основным источником возможного загрязнения  окружающей среды на АЭС являются газоаэрозольные выбросы. В совокупности с метеорологическими условиями именно они могли бы иметь сколько-нибудь заметное влияние на радиационную обстановку в районе расположения. Влияние АЭС на радиоактивность атмосферных выпадений прослеживается, в основном, в санитарно-защитной зоне, где в отдельные годы могут наблюдаться более высокие концентрации Cs-137 в снегу – 4-12 Бк/м2. В отдельные годы в пробах снега на удалении от ЛАЭС 10-30 км обнаруживались следовые количества коррозионных радионуклидов (Со-60 – 2-3 Бк/м2, Мn-54 – 2-5 Бк/м2).

Согласно результатам многолетних  исследований не обнаружено систематического значимого влияния газоаэрозольных выбросов АЭС на формирование радиоактивности данных компонент, т.е. практически отсутствует значимое воздействие АЭС на базу внутреннего облучения от местных пищевых продуктов. Согласно данным наблюдений суммарная доза внешнего облучения на местности составляет в среднем 0,7-0,6 мЗв/год, при этом вклад радиоактивных выбросов АЭС достоверно неразличим на фоне колебаний естественного уровня облучения.

Весьма важно учитывать, что  возможное действие ионизирующего  излучения на биоту районов АЭС практически всегда проявляется не изолированно, а совместно с другими факторами загрязнения природной среды. Наиболее отчетливо это видно на примере водоемов-охладителей, подверженных влиянию теплового сброса, химического загрязнения, эвтрофирования, механического травмирования организмов в водозаборных устройствах АЭС, дополнительного облучения от искусственных радионуклидов. Таким образом, имеет место сочетание действия ионизирующего излучения и нерадиационных факторов.

Нерадиационные факторы воздействия АЭС на окружающую среду

Тепловое загрязнение.

 Что в 1,5 раза больше по сравнению с ГЭС той же мощности.°В атомных электростанциях, так же как и в тепловых, энергетический (пароводяной) цикл осуществляется по схеме: парогенератор-турбина-конденсатор-парогенератор. В конденсаторах происходит превращение отработавшего пара в воду, в результате чего возникает необходимость отвода большого количества тепла. Для рассеивания тепла, поступающего от электростанции, применяются прямоточные (при сбросе подогретой воды в реки или прибрежные участки морей и крупных водоемов) или оборотные системы водоснабжения (при использовании охлаждающей воды в прудах-охладителях и внутренних водоемах или испарительных башнях-градирнях). Для АЭС мощностью 1ГВт (эл) требуется в среднем 50м3/ с воды на охлаждение конденсаторов (при величине подогрева сбрасываемой воды 8-12

С. Система “водозабор – водосброс” создала условия для замкнутой  циркуляции вод, при которой от 20 до 80% сбросных вод вовлекается вновь  в заборные системы АЭС. При этом в водоеме образовалось тепловое пятно площадью 15-18 км2 с зонами различного подогрева.°С, в летние месяцы в отдельные годы температура сбросных вод достигает З5°С, в сбросном канале – не менее 13-15°Тепловое воздействие хорошо прослеживается не только на замкнутых континентальных водоемах, но и на больших морских водоемах-охладителях. Примером может служить водоем-охладитель Ленинградской АЭС – Копорская губа Финского залива площадью 55 км2. Общий сброс подогретых вод с 4 блоков ЛАЭС достигает 200 м/с; количество тепла, поступающего от АЭС, сравнимо с поступлением его от Солнца в безледоставный период, что заметно меняет термический режим водоема. В зимние месяцы температура воды на водозаборе не снижается ниже З

Температура воды является важным абиотическим фактором среды, управляющим структурой и метаболизмом экосистемы. Сброс  подогретых вод приводит к существенному  изменению физико-химических свойств  воды: плотности, вязкости, поверхностного натяжения, растворимости газов, давления водяного пара. Вследствие увеличения испарения происходит изменение  водного баланса водоема-охладителя.