Развитая энергетика - это фундамент для будущего прогресса цивилизации. Если на заре мировой и отечественной энергетической отрасли ставку делали на получение максимума электроэнергии для промышленности, то сегодня на первый план вышел вопрос о влиянии электростанций на окружающую среду и человека. Современная энергетика наносит значимый вред природе, и странам приходится делать непростой выбор между тепловыми, атомными и гидроэлектростанциями.
Тепловые электростанции - «привет» из прошлого
В начале 20 века в нашей стране ставку сделали именно на тепловые электростанции. На тот момент плюсов у них было достаточно, а о влиянии такого вида производства энергии на окружающую среду задумывались мало. ТЭС работают на дешевом топливе, которым богата Россия, да и их сооружение стоит не так дорого по сравнению со строительством ГЭС или АЭС. ТЭС не требуют больших площадей и их можно строить в любой местности. Последствия технологических аварий на тепловых станциях не так разрушительны, как на других электростанциях.
Доля ТЭС в отечественной энергосистеме самая большая: в 2011 году на тепловых станциях России было выработано 67,8% (это 691 млрд. кВт*ч) от всей энергии в стране. Между тем, тепловые электростанции наносят самый значимый ущерб окружающей среде по сравнению с другими электростанциями.
Ежегодно тепловые электростанции выбрасывают в атмосферу огромное количество отходов. Согласно госдокладу «О состоянии и об охране окружающей среды РФ в 2010 году», самыми крупными источниками выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух стали именно ГРЭС - крупные тепловые электростанции. Только за 2010 год 4 ГРЭС, принадлежащие ОАО «Энел ОГК-5», - Рефтинская, Среднеуральская, Невинномысская и Конаковская ГРЭС - выбросили в атмосферу 410 360 тонн загрязняющих веществ.
При сжигании ископаемого топлива образуются продукты сгорания, содержащие оксид азота, серный и сернистый ангидрид, частички несгоревшего пылевидного топлива, летучую золу и газообразные продукты неполного сгорания. При сжигании мазута образуются соединения ванадия, кокс, соли натрия, частицы сажи, а в выбросах угольных ТЭС присутствуют окислы алюминия и кремния. И все тепловые электростанции, независимо от используемого топлива, выбрасывают колоссальные количества углекислого газа, вызывающего глобальное потепление.
Газ значительно удорожает стоимость электроэнергии, но при его сжигании не образуется зола. Правда в атмосферу также попадают окись серы и оксиды азота, как и при сжигании мазута. А ТЭС нашей страны, в отличие от зарубежных, не оснащены эффективными системами очистки уходящих газов. В последние годы в этом направлении ведется серьезная работа: реконструируются котлоагрегаты и золоулавливающие установки, электрофильтры, внедряются автоматизированные системы экологического мониторинга выбросов.
Достаточно остро стоит вопрос нехватки качественного топлива для ТЭС. Многие станции вынуждены работать на топливе низкого качества, при сгорании которого в атмосферу вместе с дымом попадает большое количество вредных веществ.
Главная проблема угольных ТЭС - это золоотвалы. Они не только занимают значительные территории, но и являются очагами скопления тяжелых металлов и обладают повышенной радиоактивностью.
Более того, тепловые электростанции сбрасывают в водоемы тёплую воду и этим загрязняют их. Как следствие, нарушение кислородного баланса и зарастание водорослями, что несет угрозу ихтиофауне. Загрязняют водоемы и сточные производственные воды ТЭС, которые содержат нефтепродукты. При том на ТЭС, работающих на жидком топливе, сбросы производственных вод выше.
Несмотря на относительную дешевизну ископаемого топлива, оно все же является невосполнимым природным ресурсом. Основными энергетическими ресурсами в мире являются уголь (40%), нефть (27%) и газ (21%) и по некоторым оценкам, при нынешних темпах потребления мировых запасов хватит на 270, 50 и 70 лет соответственно.
ГЭС - «укрощенная» стихия
Укрощать водную стихию начали еще в конце 19 века, а масштабная стройка ГЭС по всей стране совпала с развитием промышленности и освоением новых территорий. Строительство ГЭС не только решало вопрос обеспечения электроэнергией новых производств, но и улучшало условия судоходства и мелиорации.
Маневренные возможности ГЭС помогают оптимизировать работу энергосистемы, позволяя тепловым электростанциям работать в оптимальном режиме с минимальными затратами топлива и минимальными выбросами на каждый произведенный киловатт-час электроэнергии.
Одно из главных преимуществ гидроэнергетики в том, что она наносит меньший ущерб окружающий среде по сравнению с другими электростанциями. ГЭС не используют топливо, значит, вырабатываемая ими электроэнергия стоит значительно дешевле, ее стоимость не зависит от колебаний цен на нефть или уголь, а производство энергии не сопровождается загрязнением атмосферы и вод. Выработка электроэнергии на ГЭС обеспечивает ежегодную экономию 50 млн. тонн условного топлива. Потенциал экономии составляет 250 млн. тонн.
Вода - это возобновляемый источник электроэнергии и в отличие от ископаемого топлива, ее можно использовать несчитанное количество раз. Гидроэнергетика - самый развитый вид возобновляемых источников энергии, она способна обеспечивать энергией целые регионы. Еще один плюс, так как ГЭС не сжигают топливо, нет дополнительных затрат по утилизации и захоронению отходов.
В то же время ГЭС имеет и ряд недостатков с точки зрения экологии. При строительстве ГЭС на равнинных реках приходится затапливать большие территории пахотных земель. Создание водохранилищ существенно меняет экосистему, что отражается не только на ихтиофауне, но и на животном мире. Правда, как отмечают некоторые экологи, при реализации комплекса природоохранных мероприятий через несколько десятилетий возможно восстановление экосистемы.
АЭС - энергия будущего?
Ядерная энергия была открыта сравнительно недавно, а первая в мире атомная станция заработала в 1954 году в Обнинске. Сегодня атомная промышленность развивается активными темпами, однако трагедия на Фукусиме заставила многие страны пересмотреть свои взгляды на будущее АЭС.
В отечественной энергосистеме на долю АЭС приходится небольшая часть производимой энергии. В 2011 году на АЭС страны произвели 172,9 млрд. кВт*ч, что составляет всего 16,9%. Тем не менее у госкорпорации «Росатом» серьезные планы по развитию атомной промышленности в России и за ее пределами.
Атомные станции, несмотря на высокую стоимость строительства, экономически выгодны: производимая ими электроэнергия относительно дешевая. Да и с точки экологии у АЭС есть ряд преимуществ.
АЭС не выбрасывают в атмосферу золу и другие опасные вещества, образующиеся в результате сжигания топлива. Основная доля выбросов загрязняющих веществ в атмосферу приходится на пускорезервные котельные, котельные профилакториев и периодически включаемые резервные дизельгенераторные станции. По данным госдоклада, в 2010 году все атомные станции страны выбросили в атмосферу всего 1559 тонн загрязняющих веществ (для сравнения, приведенные выше 4 ГРЭС выбросили 410 360 тонн). Доля АЭС в общем объеме выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух всеми предприятиями страны уже на протяжении многих лет - менее 0,012%.
Запасов ядерного топлива - урана - значительно больше, чем других видов топлива. Россия обладает 8,9% от разведанных резервов урана в мире, находясь в общем списке на четвёртом месте.
Но, несмотря на очевидные плюсы, такие страны как Германия, Швейцария, Италия, Япония и ряд других отказались от атомной энергетики. В Германии доля АЭС в энергосистеме - 32%, но к 2022 году будет отключена последняя станция в стране. Главная причина - это безопасность АЭС для окружающей среды и населения. Мирный атом в одно мгновение может стать виновником гибели и тяжелых болезней миллионов людей и животных, и нанести непоправимый ущерб окружающей среде. Катастрофические последствия аварий на АЭС сразу перечеркивают все указанные преимущества.
Более того, при эксплуатации ядерных реакторов образуются радиоактивные отходы, которые необходимо хранить сотни тысяч лет, пока они не станут более-менее безопасными для окружающей среды. И в мире еще не найдено решение, как сделать их хранение безопасным. Часть ядерных отходов направляется на переработку (регенерацию) с частичным извлечением урана и плутония для последующего использования (но в результате переработки образуются новые отходы, по объему превышающие изначальное количество отходов в тысячи раз), или на захоронение в земле. Небезупречен с экологической точки зрения и процесс добычи урана, а также его превращения в ядерное топливо.
Стоит отметить, что даже на исправно работающих АЭС часть радиоактивного материала попадает в воздух и воду. И пусть это небольшие дозы, но какое влияние они окажут на окружающую среду в долгосрочной перспективе, предугадать сложно.
Прогресс не стоит на месте и сложно точно сказать, какой будет энергетика будущего. Но надо понимать, что энергетика, равно как и любая другая деятельность человека, оказывает в определенной мере негативное влияние на окружающую среду. И избежать его полностью, к сожалению, невозможно. Но вполне реально приложить все усилия, чтобы минимизировать ущерб, наносимый природе. Например, выбирать те технологии (пусть и дорогостоящие), которые наиболее безопасны для окружающей среды. Так, гидроэнергетика, которая единственная в таких масштабах использует возобновляемый источник энергии - воду - несмотря на ряд недостатков с точки зрения экологии, приносит все же минимальный ущерб окружающей среде по сравнению с другими электроэнергетическими объектами.
Повсеместное применение ядерной энергии началось благодаря научно-техническому прогрессу не только в военной области, но и в мирных целях. Сегодня нельзя обойтись без нее в промышленности, энергетике и медицине.
Вместе с тем, использование ядерной энергии имеет не только преимущества, но и недостатки. Прежде всего, это опасность радиации, как для человека, так и для окружающей среды.
Применение ядерной энергии развивается в двух направлениях: использование в энергетике и использование радиоактивных изотопов.
Изначально атомную энергию предполагалось использовать только в военных целях, и все разработки шли в этом направлении.
Использование ядерной энергии в военной сфере
Большое количество высокоактивных материалов используют для производства ядерного оружия. По оценкам экспертов, ядерные боеголовки содержат несколько тонн плутония.
Ядерное оружие относят к потому что оно производит разрушения на огромных территориях.
По радиусу действия и мощности заряда ядерное оружие делится на:
- Тактическое.
- Оперативно-тактическое.
- Стратегическое.
Ядерные боеприпасы делят на атомные и водородные. В основу ядерного оружия положены неуправляемые цепные реакции деления тяжелых ядер и реакции Для цепной реакции используют уран либо плутоний.
Хранение такого большого количества опасных материалов - это большая угроза для человечества. А применение ядерной энергии в военных целях может привести к тяжелым последствиям.
Впервые ядерное оружие было применено в 1945 году для атаки на японские города Хиросима и Нагасаки. Последствия этой атаки были катастрофичными. Как известно, это было первое и последнее применение ядерной энергии в войне.
Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ)
МАГАТЭ создано в 1957 году с целью развития сотрудничества между странами в области использования атомной энергии в мирных целях. С самого начала агентство осуществляет программу «Ядерная безопасность и защита окружающей среды».
Но самая главная функция - это контроль за деятельностью стран в ядерной сфере. Организация контролирует, чтобы разработки и использование ядерной энергии происходили только в мирных целях.
Цель этой программы - обеспечивать безопасное использование ядерной энергии, защита человека и экологии от воздействия радиации. Также агентство занималось изучением последствий аварии на Чернобыльской АЭС.
Также агентство поддерживает изучение, развитие и применение ядерной энергии в мирных целях и выступает посредником при обмене услугами и материалами между членами агентства.
Вместе с ООН МАГАТЭ определяет и устанавливает нормы в области безопасности и охраны здоровья.
Атомная энергетика
Во второй половине сороковых годов двадцатого столетия советские ученые начали разрабатывать первые проекты мирного использования атома. Главным направлением этих разработок стала электроэнергетика.
И в 1954 году в СССР построили станцию. После этого программы быстрого роста атомной энергетики начали разрабатывать в США, Великобритании, ФРГ и Франции. Но большинство из них не были выполнены. Как оказалось, АЭС не смогла конкурировать со станциями, которые работают на угле, газе и мазуте.
Но после начала мирового энергетического кризиса и подорожания нефти спрос на атомную энергетику вырос. В 70-х годах прошлого столетия эксперты считали, что мощность всех АЭС сможет заменить половину электростанций.
В середине 80-х рост атомной энергетики снова замедлился, сраны начали пересматривать планы на сооружение новых АЭС. Этому способствовали как политика энергосбережения и снижение цены на нефть, так и катастрофа на Чернобыльской станции, которая имела негативные последствия не только для Украины.
После некоторые страны вообще прекратили сооружение и эксплуатацию атомных электростанций.
Атомная энергия для полетов в космос
В космос слетало более трех десятков ядерных реакторов, они использовались для получения энергии.
Впервые ядерный реактор в космосе применили американцы в 1965 году. В качестве топлива использовался уран-235. Проработал он 43 дня.
В Советском Союзе реактор «Ромашка» был запущен в Институте атомной энергии. Его предполагалось использовать на космических аппаратах вместе с Но после всех испытаний он так и не был запущен в космос.
Следующая ядерная установка «Бук» была применена на спутнике радиолокационной разведки. Первый аппарат был запущен в 1970 году с космодрома Байконур.
Сегодня «Роскосмос» и «Росатом» предлагают сконструировать космический корабль, который будет оснащен ядерным ракетным двигателем и сможет добраться до Луны и Марса. Но пока что это все на стадии предложения.
Применение ядерной энергии в промышленности
Атомная энергия применяется для повышения чувствительности химического анализа и производства аммиака, водорода и других химических реагентов, которые используются для производства удобрений.
Ядерная энергия, применение которой в химической промышленности позволяет получать новые химические элементы, помогает воссоздавать процессы, которые происходят в земной коре.
Для опреснения соленых вод также применяется ядерная энергия. Применение в черной металлургии позволяет восстанавливать железо из железной руды. В цветной - применяется для производства алюминия.
Использование ядерной энергии в сельском хозяйстве
Применение ядерной энергии в сельском хозяйстве решает задачи селекции и помогает в борьбе с вредителями.
Ядерную энергию применяют для появления мутаций в семенах. Делается это для получения новых сортов, которые приносят больше урожая и устойчивы к болезням сельскохозяйственных культур. Так, больше половины пшеницы, выращиваемой в Италии для изготовления макарон, было выведено с помощью мутаций.
Также с помощью радиоизотопов определяют лучшие способы внесения удобрений. Например, с их помощью определили, что при выращивании риса можно уменьшить внесение азотных удобрений. Это не только сэкономило деньги, но и сохранило экологию.
Немного странное использование ядерной энергии - это облучение личинок насекомых. Делается это для того, чтобы выводить их безвредно для окружающей среды. В таком случае насекомые, появившееся из облученных личинок, не имеют потомства, но в остальных отношениях вполне нормальны.
Ядерная медицина
Медицина использует радиоактивные изотопы для постановки точного диагноза. Медицинские изотопы имеют малый период полураспада и не представляет особой опасности как для окружающих, так и для пациента.
Еще одно применение ядерной энергии в медицине было открыто совсем недавно. Это позитронно-эмиссионная томография. С ее помощью можно обнаружить рак на ранних стадиях.
Применение ядерной энергии на транспорте
В начале 50-х годов прошлого века были предприняты попытки создать танк на ядерной тяге. Разработки начались в США, но проект так и не был воплощен в жизнь. В основном из-за того, что в этих танках так и не смогли решить проблему экранирования экипажа.
Известная компания Ford трудилась над автомобилем, который бы работал на ядерной энергии. Но дальше макета производство такой машины не зашло.
Все дело в том, что ядерная установка занимала очень много места, и автомобиль получался очень габаритным. Компактные реакторы так и не появились, поэтому амбициозный проект свернули.
Наверное, самый известный транспорт, который работает на ядерной энергии - это различные суда как военного, так и гражданского назначения:
- Транспортные суда.
- Авианосцы.
- Подводные лодки.
- Крейсеры.
- Атомные подводные лодки.
Плюсы и минусы использования ядерной энергии
Сегодня доля в мировом производстве энергии составляет примерно 17 процентов. Хотя человечество использует но его запасы не бесконечны.
Поэтому, как альтернативный вариант, используется Но процесс его получения и использования связан с большим риском для жизни и окружающей среды.
Конечно, постоянно совершенствуются ядерные реакторы, предпринимаются все возможные меры безопасности, но иногда этого недостаточно. Примером могут служить аварии на Чернобыльской и Фукусиме.
С одной стороны, исправно работающий реактор не выбрасывает в окружающую среду никакой радиации, тогда как из тепловых электростанций в атмосферу попадает большое количество вредных веществ.
Самую большую опасность представляет отработанное топливо, его переработка и хранение. Потому что на сегодняшний день не изобретен полностью безопасный способ утилизации ядерных отходов.
Слайд 2
Цель: выяснить цель и пользу атомной энергии
Слайд 3
Люди всегда относились к природе прагматически. Именно этот подход привёл к тому, что в ХХв. произошло глобальные изменения, которые делали реальную угрозу самоуничтожения человечества. Одно из них- овладение атомной энергией. Сегодня мы постараемся выяснить положительные и отрицательные стороны её применения.
Слайд 4
С развитием человеческого общества непрерывно увеличивалось потребление энергии. Так. если миллион лет назад оно составляло на душу населения примерно 0,1 кВт в год, а 100 тыс. лет назад - 0,3 кВт, то в XV в. - 1,4 кВт, в начале XX в. -3,9 кВт, а к концу XX в. - уже 10 кВт.
Слайд 5
Хотя сейчас почти наполовину используется органическое топливо ясно, что его запасы вскоре будут исчерпаны. Необходимы другие источники, и один из наиболее реальных - ядерное топливо.
Слайд 6
Процесс получения энергии всегда связан с вредными для человека последствиями независимо от вида топлива, но степень вредности разная... Ядерное топливо наиболее безопасно, да и запасы его велики. В настоящее время ядерная энергия вырабатывается в основном в реакторах на тепловых нейтронах, уже получили развитие брудеры (реакторы на быстрых нейтронах). Ядерные реакторы постоянно совершенствуются, уровень безопасности повышается. Предельной дозой считается такая, когда равномерное облучение в течение 70 лет не вызывает ухудшения здоровья, обнаруживаемого современными методами. Ежегодная доза излучений, которые приходят к нам из космоса и от других природных источников, составляет 2 мЗв. Персонал АЭС получает в год дозу облучения 1.1 мЗв. Излучение, выделяемое всеми АЭС, будет значительным.
Слайд 7
Радиационную защиту реактора обеспечивают многие факторы: толстые стены и корпус из железобетона, замкнутый цикл и др.
Слайд 8
Слайд 9
Наибольшую проблему представляет переработка и хранение отработанного топлива.
Слайд 10
Со временем эта проблема будет решена. Сейчас в нашей стране твёрдые радиоактивные отходы в стальных бочках и в соляных пластах.
Слайд 11
Слайд 12
Слайд 13
Использование атомной энергии сейчас решает часть энергетических проблем. Но вреда от использования атомной энергия больше, чем пользы. Весь технологический процесс добычи изготовления атомного горючего на каждом этапе связан с вероятностью радиоактивного заражения окружающей среды и облучения людей.
Слайд 14
Обойтись без использования явления радиоактивности и изотопов человечество не может. Мы используем это явление практически во всех областях деятельности: медицине, археологии, дефектоскопии, селекции сельскохозяйственных культур
Слайд 15
Например, использование меченых атомов позволяет провести диагностику многих заболеваний: с помощью радиоактивного изотопа йода диагностируют заболевания щитовидной железы на ранней стадии, раковые новообразования сначала облучают радиоактивным кобальтом, а затем уже удаляют больные ткани, заболевания легких распознают на ранней стадии благодаря флюорографии - моментальному рентгеновскому снимку.
Слайд 16
Кроме того, мы используем самую различную технику, которая, на первый взгляд, ничего не излучает, однако вокруг работающих холодильников, телевизоров, СВЧ-печей и другой бытовой аппаратуры образуются сильные переменные электромагнитные поля, т.е. электромагнитное излучение, которое также влияет на наш организм и вызывает изменения в нём
Слайд 17
Достаточно часто человек за год получает дозу, которая значительно превышает допустимую. Особенно эта опасность возросла в нашей стране после аварии на Чернобыльской АЭС, к нам попадают радиоактивно-заражённые продукты и материалы. Мы знаем, что радиоактивность - убийца невидимый, не вызывающи и болезненных реакций во время облучения, но проявляющийся потом, когда излечение уже невозможно.
Слайд 18
Одним из наиболее опасных противоречий современного мира является увеличивающийся разрыв между степенью развития технологий и уровнем жизнеобеспечения, культуры и морали основной части человечества. На этой основе возник технологический терроризм. Существуют национальные границы и национальные интересы, жёсткая экономическая и торговая конкуренция на мировых сырьевых и технологических рынках. Одним из опаснейших видов технологического терроризма является ядерный.
Посмотреть все слайды
Применение ядерной энергии в современном мире оказывается настолько важным, что если бы мы завтра проснулись, а энергия ядерной реакции исчезла, мир, таким как мы его знаем, пожалуй, перестал бы существовать. Мирное составляет основу промышленного производства и жизни таких стран, как Франция и Япония, Германия и Великобритания, США и Россия. И если две последние страны еще в состоянии заместить ядерные источники энергии на тепловые станции , то для Франции, или Японии это попросту невозможно.
Использование атомной энергии создает много проблем. В основном все эти проблемы связаны с тем, что используя себе на благо энергию связи атомного ядра (которую мы и называем ядерной энергией), человек получает существенное зло в виде высокорадиоактивных отходов, которые нельзя просто выбросить. Отходы от атомных источников энергии требуется перерабатывать, перевозить, захоранивать, и хранить продолжительное время в безопасных условиях.
Плюсы и минусы, польза и вред от использования ядерной энергии
Рассмотрим плюсы и минусы применения атомной-ядерной энергии, их пользу, вред и значение в жизни Человечества. Очевидно, что атомная энергия сегодня нужна лишь промышленно развитым странам. То есть, основное применение мирная ядерная энергия находит в основном, на таких объектах, как заводы, перерабатывающие предприятия, и т.п. Именно энергоемкие производства, удаленные от источников дешевой электроэнергии (вроде гидроэлектростанций) задействуют ядерные станции для обеспечения и развития своих внутренних процессов.
Аграрные регионы и города не слишком нуждаются в атомной энергии. Ее вполне можно заместить тепловыми и другими станциями. Получается, что овладение, получение, развитие, производство и использование ядерной энергии по большей части направлено на удовлетворение наших потребностей в промышленной продукции. Посмотрим, что это за производства: автомобильная промышленность, военные производства, металлургия, химическая промышленность, нефтегазовый комплекс, и т.д.
Современный человек хочет ездить на новой машине? Хочет одеваться в модную синтетику, кушать синтетику и упаковывать все в синтетику? Хочет ярких товаров разных форм и размеров? Хочет все новых телефонов, телевизоров, компьютеров? Хочет много покупать, часто менять оборудование вокруг себя? Хочет вкусно питаться химической едой из цветных упаковок? Хочет жить спокойно? Хочет слышать сладкие речи с телеэкрана? Хочет, чтобы танков было много, а также ракет и крейсеров, а еще снарядов и пушек?
И он все это получает. Неважно, что в конце расхождение между словом и делом приводит к войне. Неважно, что для его утилизации также нужна энергия. Пока что человек спокоен. Он ест, пьет, ходит на работу, продает и покупает.
А для всего этого нужна энергия. А еще для этого нужно очень много нефти, газа, металла и т.п. И все эти промышленные процессы нуждаются в атомной энергии. Поэтому кто бы что ни говорил, до тех пор, пока не будет запущен в серию первый промышленный реактор термоядерного синтеза, атомная энергетика будет только развиваться.
В плюсы ядерной энергии мы можем смело записать все то, к чему мы привыкли. К минусам – печальную перспективу скорой смерти в коллапсе исчерпания ресурсов, проблемах ядерных отходов, росте численности населения и деградации пахотных площадей. Иначе говоря, атомная энергетика позволила человеку еще сильнее начать овладевать природой, насилуя ее сверх меры настолько, что он за несколько десятилетий преодолел порог воспроизводства основных ресурсов, запустив между 2000 и 2010 годами процесс схлопывания потребления. Этот процесс объективно уже не зависит от человека.
Всем придется меньше есть, меньше жить и меньше радоваться окружающей природе. Здесь кроется еще один плюс-минус атомной энергии, который заключается в том, что страны, овладевшие атомом, смогут эффективнее перераспределять под себя скудеющие ресурсы тех, кто атомом не овладел. Более того, только развитие программы термоядерного синтеза позволит человечеству элементарно выжить. Теперь поясним на пальцах, что же это за «зверь» — атомная (ядерная) энергия и с чем ее едят.
Масса, материя и атомная (ядерная) энергия
Часто приходится слышать утверждение, что «масса и энергия одно и то же», или же такие суждения, будто выражение Е=mс2 объясняет взрыв атомной (ядерной) бомбы. Сейчас, когда вы получили первое представление о ядерной энергии и ее применении, было бы поистине неразумно сбивать вас с толку такими утверждениями, как «масса равна энергии». Во всяком случае, такой способ трактовки великого открытия не из лучших. По-видимому, это всего лишь острословие молодых реформистов, «Галилеев нового времени». На деле же предсказание теории, которое проверено многими экспери-ментами, говорит лишь о том, что энергия имеет массу.
Сейчас мы разъясним современную точку зрения и дадим небольшой обзор истории ее развития.
Когда энергия любого материального тела возрастает, его масса увеличивается, и мы приписываем эту дополнительную массу приросту энергии. Например, при поглощении излучения поглотитель становится горячее и его масса возрастает. Однако возрастание настолько мало, что остается за пределами точности измерений в обычных опытах. Напротив, если вещество испускает излучение, то оно теряет капельку своей массы, которая уносится излучением. Возникает более широкий вопрос: не обусловлена ли вся масса вещества энергией, т. е. не заключен ли во всем веществе громадный запас энергии? Много лет назад радиоактивные превращения на это ответили положительно. При распаде радиоактивного атома выделяется огромное количество энергии (в основном в виде кинетической энергии), а малая часть массы атома исчезает. Об этом ясно говорят измерения. Таким образом, энергия уносит с собой массу, уменьшая тем самым массу вещества.
Следовательно, часть массы вещества взаимозаменяема массой излучения, кинетической энергией и т. п. Вот почему мы говорим: «энергия и вещество способны частично к взаимным превращениям». Более того, мы теперь можем создавать частицы вещества, которые обладают массой и способны полностью превращаться в излучение, также имеющее массу. Энергия этого излучения может перейти в другие формы, передав им свою массу. И наоборот, излучение способно превращаться в частицы вещества. Так что вместо «энергия обладает массой» мы можем сказать «частицы вещества и излучение — взаимопревращаемы, а потому способны к взаимным превращениям с другими формами энергии». В этом и состоит создание и уничтожение вещества. Такие разрушительные события не могут происходить в царстве обычной физики, химии и техники, их следует искать либо в микроскопических, но активных процессах, изучаемых ядерной физикой, либо в высокотемпературном горниле атомных бомб, на Солнце и звездах. Однако было бы неразумно утверждать, что «энергия - это масса». Мы говорим: «энергия, как и вещество, имеет массу».
Масса обычного вещества
Мы говорим, что масса обычного вещества таит в себе огромный запас внутренней энергии, равной произведению массы на (скорость света)2. Но эта энергия заключена в массе и не может быть высвобождена без исчезновения хотя бы части ее. Как возникла столь удивительная идея и почему она не была открыта раньше? Ее предлагали и раньше - эксперимент и теория в разных видах,- но вплоть до двадцатого века изменение энергии не наблюдали, ибо в обычных экспериментах оно соответствует невероятно малому изменению массы. Однако сейчас мы уверены, что летящая пуля благодаря своей кинетической энергии имеет дополнительную массу. Даже при скорости 5000 м/сек пуля, которая в покое весила ровно 1 г, будет иметь полную массу 1,00000000001 г. Раскаленная добела платина массой 1 кг всего прибавит 0,000000000004 кг и практически ни одно взвешивание не сможет зарегистрировать эти изменения. Только когда из атомного ядра высвобождаются огромные запасы энергии или когда атомные «снаряды» разгоняются до скорости, близкой к скорости света, масса энергии становится заметной.
С другой стороны, даже едва уловимая разница масс знаменует возможность выделения огромного количества энергии. Так, атомы водорода и гелия имеют относительные массы 1,008 и 4,004. Если бы четыре ядра водорода смогли объединиться в одно ядро гелия, то масса 4,032 изменилась бы до 4,004. Разница невелика, всего 0,028, или 0,7%. Но она означала бы гигантское выделение энергии (преимущественно в виде излучения). 4,032 кг водорода дали бы 0,028 кг излучения, которое имело бы энергию около 600000000000 Кал.
Сравните это с 140 000 Кал, выделяющимися при соединении того же количества водорода с кислородом в химическом взрыве.
Обычная кинетическая энергия дает заметный вклад в массу очень быстрых протонов, получаемых на циклотронах, и это создает трудности при работе с такими машинами.
Почему мы все же верим, что Е=mс2
Сейчас мы воспринимаем это как прямое следствие теории относительности, но первые подозрения возникли уже ближе к концу 19 века, в связи со свойствами излучения. Тогда казалось вероятным, что излучение обладает массой. А поскольку излучение переносит, как на крыльях, со скоростью с энергию, точнее, само есть энергия, то появился пример массы, принадлежащей чему-то «невещественному». Экспериментальные законы электромагнетизма предсказывали, что электромагнитные волны должны обладать «массой». Но до создания теории относительности только необузданная фантазия могла распространить соотношение m=Е/с2 на другие формы энергии.
Всем сортам электромагнитного излучения (радиоволнам, инфракрасному, видимому и ультрафиолетовому свету и т. д.) свойственны некоторые общие черты: все они распространяются в пустоте с одинаковой скоростью и все переносят энергию и импульс. Мы представляем себе свет и другое излучение в виде волн, распространяющихся с большой, но определенной скоростью с=3*108 м/сек. Когда свет падает на поглощающую поверхность, возникает теплота, показывающая, что поток света несет энергию. Эта энергия должна распространяться вместе с потоком с той же скоростью света. На деле скорость света именно так и измеряется: по времени пролета порцией световой энергии большого расстояния.
Когда свет падает на поверхность некоторых металлов, он выбивает электроны, вылетающие точно так же, как если бы их ударил компактный шарик. , по всей видимости, распространяется концентрированными порциями, которые мы называем «квантами». В этом и заключается квантовый характер излучения, несмотря на то, что эти порции, по-видимому, создаются волнами. Каждая порция света с одной и той же длиной волны обладает единой и той же энергией, определенным «квантом» энергии. Такие порции мчатся со скоростью света (собственно, они-то и есть свет), перенося энергию и количество движения (импульс). Все это позволяет приписать излучению некую массу - каждой порции приписывается определенная масса.
При отражении света от зеркала теплота не выделяется, ибо отраженный луч уносит всю энергию, но на зеркало действует давление, подобное давлению упругих шариков или молекул. Если же вместо зеркала свет попадает на черную поглощающую поверхность, давление становится вдвое меньше. Это свидетельствует о том, что луч несет количество движения, поворачиваемое зеркалом. Следовательно, свет ведет себя так, как если бы у него была масса. Но можно ли откуда-то еще узнать, что нечто обладает массой? Существует ли масса по своему собственному праву, как, например, длина, зеленый цвет или вода? Или это искусственное понятие, определяемое поведением наподобие Скромности? Масса, на самом деле, известна нам в трех проявлениях:
- А. Туманное утверждение, характеризующее количество «вещества», (Масса с этой точки зрения присуща веществу - сущности, которую мы можем увидеть, потрогать, толкнуть).
- Б. Определенные утверждения, увязывающие ее с иными физическими величинами.
- В. Масса сохраняется.
Остается определить массу через количество движения и энергию. Тогда любая движущаяся вещь с количеством движения и энергией должна иметь «массу». Ее массой должно быть (количество движения)/(скорость).
Теория относительности
Стремление увязать воедино серию экспериментальных парадоксов, касающихся абсолютного пространства и времени, породило теорию относительности. Два сорта экспериментов со светом давали противоречивые результаты, а опыты с электричеством еще больше обострили этот конфликт. Тогда Эйнштейн предложил изменить простые геометрические правила сложения векторов. Это изменение и составляет сущность его «специальной теории относительности».
Для малых скоростей (от медлительной улитки до быстрейшей из ракет) новая теория согласуется со старой.
При высоких скоростях, сравнимых со скоростью света, наше измерение длин или времени модифицируется движением тела относительно наблюдателя, в частности масса тела становится тем больше, чем быстрее оно движется.
Затем теория относительности провозгласила, что это увеличение массы носит совершенно общий характер. При обычных скоростях никаких изменений нет, и только при скорости 100 000 000 км/час масса возрастает на 1%. Однако для электронов и протонов, вылетающих из радиоактивных атомов или современных ускорителей, оно достигает 10, 100, 1000%…. Опыты с такими высокоэнергетическими частицами великолепно подтверждают соотношение между массой и скоростью.
На другом краю находится излучение, не имеющее массы покоя. Это не вещество и его нельзя удержать в покое; оно просто имеет массу, и движется со скоростью с, так что его энергия равна mс2. О квантах, мы говорим как о фотонах, когда хотим отметить поведение света как потока частиц. Каждый фотон имеет определенную массу m, определенную энергию Е=mс2 и количество движения (импульс).
Ядерные превращения
В некоторых экспериментах с ядрами массы атомов после бурных взрывов, складываясь, не дают ту же самую полную массу. Освобожденная энергия уносит с собой и какую-то часть массы; кажется, что недостающая часть атомного материала исчезла. Однако если мы припишем измеренной энергии массу Е/с2, то обнаружим, что масса сохраняется.
Аннигиляция вещества
Мы привыкли думать о массе как о неизбежном свойстве материи, поэтом переход массы из вещества в излучение - от лампы к улетающему лучу света выглядит почти как уничтожение вещества. Еще один шаг - и мы с удивлением обнаружим то, что происходит на самом деле: положительный и отрицательный электроны, частички вещества, соединившись вместе, полностью превращаются в излучение. Масса их вещества превращается в равную ей массу излучения. Это случай исчезновения вещества в самом буквальном смысле. Как в фокусе, во вспышке света.
Измерения показывают, что (энергия, излучения при аннигиляции)/ с2 равна полной массе обоих электронов - положительного и отрицательного. Антипротон, соединяясь с протоном, аннигилирует, обычно с выбросом более легких частиц с большой кинетической энергией.
Создание вещества
Сейчас, когда мы научились распоряжаться высокоэнергетическим излучением (сверхкоротковолновыми рентгеновскими лучами), мы можем приготовить из излучения частицы вещества. Если такими лучами бомбардировать мишень, они дают иногда пару частиц, например положительный и отрицательный электроны. И если снова воспользоваться формулой m=Е/с2 как для излучения, так и для кинетической энергии, то масса будет сохраняться.
Просто о сложном – Ядерная (Атомная) энергия
- Галерея изображений, картинки, фотографии.
- Ядерная энергия, энергия атома – основы, возможности, перспективы, развитие.
- Интересные факты, полезная информация.
- Зеленые новости – Ядерная энергия, энергия атома.
- Ссылки на материалы и источники – Ядерная (Атомная) энергия.
Атомная энергия: за и против
Современная цивилизация немыслима без электрической энергии . Выработка и использование электричества увеличивается с каждым годом, но перед человечеством уже маячит призрак грядущего энергетического голода из-за истощения месторождений горючих ископаемых и все больших экологических потерь при получении электроэнергии.Энергия, выделяющаяся в ядерных реакциях , в миллионы раз выше, чем та, которую дают обычные химические реакции (например, реакция горения), так что теплотворная способность ядерного топлива оказывается неизмеримо большей, чем обычного топлива. Использовать ядерное топливо для выработки электроэнергии -- чрезвычайно заманчивая идея.
Преимущества атомных электростанций (АЭС) перед тепловыми (ТЭЦ) и гидроэлектростанциями (ГЭС) очевидны: нет отходов, газовых выбросов, нет необходимости вести огромные объемы строительства, возводить плотины и хоронить плодородные земли на дне водохранилищ. Пожалуй, более экологичны, чем АЭС, только электростанции, использующие энергию солнечного излучения или ветра .
Но и ветряки, и гелиостанции пока маломощны и не могут обеспечить потребности людей в дешевой электроэнергии - а эта потребность все быстрее растет.
И все же целесообразность строительства и эксплуатации АЭС часто ставят под сомнение из-за вредного воздействия радиоактивных веществ на окружающую среду и человека.
Невидимый враг
Ответственность за естественную земную радиацию в основном несут три радиоактивных элемента -- уран, торий и актиний. Эти химические элементы нестабильны; распадаясь, они выделяют энергию или становятся источниками ионизирующего излучения. Как правило, при распаде образуется невидимый, не имеющий вкуса и запаха тяжелый газ радон . Он существует в виде двух изотопов: радон--222 , член радиоактивного ряда, образуемого продуктами распада урана-238 , и радон-220 (называемый также торон ), член радиоактивного ряда тория-232 . Радон постоянно образуется в глубинах Земли, накапливается в горных породах, а затем постепенно по трещинам перемещается к поверхности Земли.Облучение от радона человек очень часто получает, находясь у себя дома или на работе и не подозревая об опасности, -- в закрытом, непроветриваемом помещении, где повышена его концентрация этого газа -- источника радиации.
Радон проникает в дом из грунта -- сквозь трещины в фундаменте и через пол -- и накапливается в основном на нижних этажах жилых и производственных построек. Но известны и такие случаи, когда жилые дома и производственные корпуса возводят непосредственно на старых отвалах горнодобывающих предприятий, где радиоактивные элементы присутствуют в значительных количествах. Если в строительстве производстве применяют такие материалы как гранит, пемза, глинозем, фосфогипс, красный кирпич, кальциево-силикатный шлак, источником радоновой радиации становится материал стен.
Природный газ, используемый в газовых плитах (особенно сжиженный пропан в баллонах) -- тоже потенциальный источник радона. А если воду для бытовых нужд выкачивают из глубоко залегающих водяных пластов, насыщенных радоном, то высокая концентрация радона в воздухе даже при стирке белья!
Кстати, было установлено, что средняя концентрация радона в ванной комнате, как правило, в 40 раз выше, чем в жилых комнатах и в несколько раз выше, чем на кухне.
Радиация и человек
Радиоактивность и радиоактивный фон Земли - естественное явление природы, существовавшее задолго до появления человека. Человечество в процессе эволюции постоянно находилось под влиянием радиации. Поэтому все органы человека содержат какие-либо радиоактивные изотопы. Пока их количество не превышает безопасного предела, оснований для беспокойства нет. Но если уровень радиации повышается, живые организмы оказываются под угрозой.Впервые испытали на себе действие повышенных доз радиации ученые, исследователи естественной радиоактивности -- Беккерель, Пьер Кюри, Мария Склодовская-Кюри. Когда супруги Кюри в 1901 г. получили из урановой смоляной обманки первые крупицы радия, Анри Беккерелю предстояло выступить на конференции с докладом о свойствах радиоактивных веществ.
Желая продемонстрировать действие излучения радия на флуоресцирующем экране из сульфида цинка, он на время взял в лаборатории пробирку с несколькими кристаллами хлорида бария, содержащего примесь соли радия и целый день носил эту пробирку в кармане жилета. Демонстрация излучения прошла успешно, хотя Беккерель то и дело поворачивался к экрану спиной, и радиевые лучи должны были проникать к сульфиду цинка сквозь его тело. Но через 10 дней на коже Беккереля напротив жилетного кармана появилось красное пятно, а потом - долго не заживающая язва.
Пьер Кюри тоже успел убедиться в коварстве радия. Не подозревая о серьезной опасности, которой подвергается, он прикладывал ампулу с солью нового элемента к руке и получил глубокий ожог с омертвением тканей…
Видные ученые Мари Склодовская-Кюри, Маргерит Пере и многие другие страдали лучевой болезнью , которая стала профессиональным недугом всех радиохимиков. Однако систематическое изучение биологического действия радиации началось намного позже -- после взрывов атомных бомб в Хиросиме и Нагасаки и многочисленных испытаний ядерного оружия.
Облучение: мина замедленного действия
Радиоактивные вещества (радионуклиды ) могут попадать в организм через легкие при дыхании, вместе с пищей, или действовать на кожные покровы, так что облучение может быть как внешним, так и внутренним. Радиоактивные стронций и кальций накапливаются в костях, иод - в щитовидной железе, цезий и калий - практически во всех органах и тканях. Как ни странно, эффективность радионуклидов, попавших внутрь организма, в несколько раз меньше эффективности общего внешнего облучения (особенно в том случае, когда они испускают гамма-излучение ).Последствия облучения разнообразны и очень опасны. Наиболее сильное поражение радиацией вызывает лучевую болезнь , которая может привести к гибели человека. Это заболевание проявляется очень быстро - от нескольких минут до суток. Под действием радиации наступают изменения в составе крови: снижение количества лейкоцитов и тромбоцитов. Чем выше доза радиации, тем сильнее ухудшается состав крови больного и увеличивается вероятность смертельного исхода, который при сильном поражении наступает на 1-3 сутки. В этом случае для лечения необходима тяжелая операция -- пересадка костного мозга.
При относительно слабых дозах у облученного человека в последующие годы жизни могут развиться раковые заболевания, ускоренное старение. В результате радиационного поражения плода в утробе матери возникают различные уродства, умственная отсталость детей. Во втором, третьем и последующих поколениях могут появиться разнообразные генетические заболевания. Радиация может вызвать нарушения детородных функций мужчин и женщин, разрушение щитовидной железы, и другие вредные последствия для здоровья человека.
Последствия радиационного поражения могут проявиться через много лет после облучения. Радиация вызывает повреждения хромосом , однако прямых данных о радиационном влиянии на наследственные заболевания человека до сих пор не получено. Во-первых, пока еще мало известно, что именно происходит в генетическом аппарате. Во-вторых, эти эффекты можно оценить лишь на протяжении многих поколений. В-третьих, их невозможно отличить от тех, которые возникают совсем по другим причинам.
Несомненный вред радиации, особенно в высоких дозах, сегодня известен всем. Поэтому при проектировании, строительстве и эксплуатации атомных электростанций полагается уделять максимум внимания вопросам безопасности и экологическим проблемам. Если ситуация на АЭС не выходит из-под контроля, то их вредное влияние на здоровье людей сопоставимо с действием угольных электростанций или удобрений. Оно намного ниже, чем влияние природных источников излучения (таких как космические лучи, некоторые минералы и горные породы, применяемые в строительстве). Кстати, наибольшие дозы облучения человек получает… в поликлинике, при рентгенодиагностике.
Предусматриваются различные меры, направленные на то, чтобы радиоактивный "джинн" не вырвался на волю и не натворил беды. Тем не менее, из-за просчетов проектировщиков и конструкторов атомных реакторов, а порой - из-за роковых ошибок персонала атомных станций происходят аварии - большие и малые. Самая страшная из них произошла совсем недавно -- 26 апреля 1986 г. на Чернобыльской АЭС, расположенной близ границы Украины и Белоруссии.
Звезда по имени "Полынь"
26 апреля 1986 года на четвертом блоке Чернобыльской АЭС произошла авария , которая привела к разрушению активной зоны реактора и части здания, в котором он был расположен. Государственная комиссия провела расследование причин взрыва, и пришла к выводу: авария произошла во время эксперимента, к проведению которого персонал АЭС был не подготовлен. Включение оператором аварийной защиты реактора привело к взрыву…Сейчас заключение госкомиссии подвергается сомнению, многие независимые эксперты усматривают в нем предвзятость и даже элементы фальсификации. Видимо, никто и никогда не узнает, почему реактор перешел в непредсказуемое состояние, при котором аварийная защита перестала гарантировать остановку ядерной реакции , и что именно заставило оператора нажать злополучную "красную кнопку". Результат - взрыв и пожар, расплавление и распыление радиоактивного "топлива", ужасные последствия для Украины, Белоруссии, соседних европейских стран.
"Третий Ангел вострубил, и упала с неба большая звезда, горящая подобно светильнику, и пала она на третью часть рек и на источники вод. Имя сей звезде "полынь "; и третья часть вод сделалась полынью, и многие из людей умерли от вод, потому что они стали горьки ". Таковы строки из Откровения Иоанна Богослова -- "Апокалипсиса ". Не о Чернобыльской ли катастрофе сказано в пророчестве? Ведь полынь по-украински -- чернобыль…
В результате чернобыльского взрыва в окружающее пространство было выброшено колоссальное количество радиоактивных веществ. Перемещение в атмосфере радиоактивного облака, осаждение радионуклидов с пылью и дождем, распространение почвенных и поверхностных вод, загрязненных радиоактивными изотопами, -- все это привело к облучению сотен тысяч человек на территории свыше 23 тыс. км 2 .
В самый момент взрыва погиб оператор ЧАЭС Валерий Ходемчук. Ночью 26 апреля он услышал низкий страшный гул в помещении главного циркуляционного насоса и поднялся туда выяснить обстановку. Через несколько минут обломки бетонных блоков стали его надгробием. Несколько десятков пожарных и специалистов - ликвидаторов аварии, работавших на расчистке территории разрушенного четвертого блока станции от обломков графита, радиоактивной пыли и кусков ядерного горючего, -- погибли от острой лучевой болезни. Еще несколько сотен человек были признаны больными острой лучевой болезнью.
С огромными трудностями был построен "саркофаг" - уникальное сооружение из бетона и стали, изолирующее взорвавшийся блок ЧАЭС от окружающей среды. Дезактивация зоны радиоактивного поражения продолжается по сей день, и этой работе не видно конца. Эта зона включает в себя два города (Чернобыль и Припять), около 80 брошенных сел с домами, фермами, мастерскими, сельскохозяйственной техникой. В зоне находятся 800 "могильников", где похоронены" автомобили, трактора, бульдозеры, экскаваторы и даже танки, набравшие такие дозы радиации, что их уже невозможно дезактивировать.
Люди, подвергшиеся облучению в результате Чернобыльской аварии, теряют здоровье и страдают от множества болезней, вызванных не только радиацией, но и психологическим шоком. Они нуждаются в помощи, но этому мешают многочисленные экономические проблемы, осложняющие жизнь теперь уже независимых Белоруссии, России и Украины, в наибольшей степени ощутивших на себе последствия Чернобыля.
Проблемы чернобыльского саркофага
"Саркофаг ", возведенный над (точнее, вокруг) четвертого блока ЧАЭС, уже в 1991 г. выдержал серьезный экзамен на прочность - 3-х-балльное землетрясение. А сейчас стало ясно, что сооружение это вовсе не герметичное, на некоторых его участках радиация начинает выбираться наружу.И все-таки 150 человек, которые постоянно работают здесь, не только укрепили полуразрушенное здание, но и изучили его "начинку" - выявили несколько критических зон , где то и дело возобновляется разогрев атомного горючего (а значит, идет цепная ядерная реакция ).
Возведенный почти вслепую, одновременно с проектированием, в жесточайшей радиационной обстановке, "саркофаг" -- объект с официальным названием "Укрытие" -- страдает от множества бед. Одна из них - радиоактивная пыль.
Весной и летом печально знаменитого года аварии вертолетчики сбросили в жерло горящего реактора 1800 т песка и глины, 2400 т свинца, 800 т доломита, 40 т карбида бора. Все это смешалось с распыленным ядерным топливом и превратилось в радиоактивную пыль, которую полагается смывать водой. Но вода - это еще одна беда "Укрытия". В подвалах, машинном зале и других помещениях ее накопилось несколько тысяч кубометров. И это не просто вода, а концентрированный раствор радиоактивных солей, который может излиться наружу и затопить окрестности.
Самая главная беда "саркофага" и его загадка -- состояние атомного горючего . В момент аварии в реакторе находилось 205 т урана, проработавшего после загрузки всего 865 дней. Сколько осталось после взрыва и пожара, когда температура достигала 7 тыс. градусов? Сколько урана расплавилось, какая его доля унесена в виде радиоактивной пыли?
Вот те проблемы, которые предстоит решать специалистам, инженерам-физикам в ближайшие годы.
Атом выходит из-под контроля
Аварии на объектах атомной энергетики - самый больной вопрос эксплуатации АЭС. Однако несмотря на их тяжесть, в целом вероятность таких аварий невелика. С момента появления атомной энергетики произошло не более трех десятков аварий, и лишь в четырех случаях имел место выброс радиоактивных веществ в окружающую среду. Однако масштабы загрязнений, сопутствующих таким авариям, часто приобретают глобальный характер.До Чернобыльской катастрофы все, что связано с применением атомной энергии (даже в мирных целях) было окружено завесой секретности. Неудивительно, что многие критические ситуации в этой области стали известны человечеству только через 30-40 лет, в 90-х годах XX века...
Вот только один из примеров этого ряда.
29 сентября 1957 года на комбинате "Маяк" вышла из строя система охлаждения бетонной емкости, где собирались жидкие отходы с высокой радиоактивностью. В результате произошел взрыв, и радиоактивные вещества попали в атмосферу. Они рассеялись и осели на территории Челябинской, Свердловской и Тюменской области. Длина радиоактивного следа достигла 200 км, ширина - 8-9 км. По счастливой случайности, след прошел по малонаселенной местности.
В последующие годы была проведена глубокая вспашка полей с захоронением загрязненной почвы на глубину более полуметра. Постепенно и очень медленно эти земли возвращаются в сельскохозяйственный оборот.
Воздействие этого выброса на здоровье людей оценить довольно трудно, поскольку в этих районах действуют многочисленные металлургические и химические предприятия, загрязняющие атмосферу оксидами серы.
Радиоактивный "мусор"
Даже если атомная электростанция работает идеально и без малейших сбоев, ее эксплуатация неизбежно ведет к накоплению радиоактивных веществ . Поэтому людям приходится решать очень серьезную проблему, имя которой -- безопасное хранение отходов .Отходы любой отрасли промышленности при огромных масштабах производства энергии, различных изделий и материалов создают огромной проблемой. Загрязнение окружающей среды и атмосферы во многих районах нашей планеты внушает тревогу и опасения. Речь идет о возможности сохранения животного и растительного мира уже не в первозданном виде, а хотя бы в пределах минимальных экологических норм.
Радиоактивные отходы образуются почти на всех стадиях ядерного цикла . Они накапливаются в виде жидких, твердых и газообразных веществ с разным уровнем активности и концентрации. Большинство отходов являются низкоактивными: это вода, используемая для очистки газов и поверхностей реактора, перчатки и обувь, загрязненные инструменты и перегоревшие лампочки из радиоактивных помещений, отработавшее оборудование, пыль, газовые фильтры и многое другое.
Газы и загрязненную воду пропускают через специальные фильтры , пока они не достигнут чистоты атмосферного воздуха и питьевой воды. Ставшие радиоактивными фильтры перерабатывают вместе с твердыми отходами. Их смешивают с цементом и превращают в блоки или вместе с горячим битумом заливают в стальные емкости.
Труднее всего подготовить к долговременному хранению высокоактивные отходы. Лучше всего такой "мусор" превращать в стекло и керамику. Для этого отходы прокаливают и сплавляют с веществами, образующими стеклокерамическую массу. Рассчитано, что для растворения 1 мм поверхностного слоя такой массы в воде потребуется не менее 100 лет.
В отличие от многих химических отходов, опасность радиоактивных отходов со временем снижается. Бoльшая часть радиоактивных изотопов имеет период полураспада около 30 лет, поэтому уже через 300 лет они почти полностью исчезнут. Так что для окончательного удаления радиоактивных отходов необходимо строить такие долговременные хранилища, которые позволили бы надежно изолировать отходы от их проникновения в окружающую среду до полного распада радионуклидов. Такие хранилища называют могильниками .
Необходимо учитывать, что высокоактивные отходы долгое время выделяют значительное количество теплоты . Поэтому чаще всего их удаляют в глубинные зоны земной коры. Вокруг хранилища устанавливают контролируемую зону, в которой вводят ограничения на деятельность человека, в том числе бурение и добычу полезных ископаемых.
Предлагался еще один способ решения проблемы радиоактивных отходов - отправлять их в космос. Действительно, объем отходов невелик, поэтому их можно удалить на такие космические орбиты, которые не пересекаются с орбитой Земли, и навсегда избавиться радиоактивного загрязнения. Однако этот путь был отвергнут из-за опасности непредвиденного возвращения на Землю ракеты-носителя в случае возникновения каких-либо неполадок.
В некоторых странах серьезно рассматривается метод захоронения твердых радиоактивных отходов в глубинные воды океанов. Этот метод подкупает своей простотой и экономичностью. Однако такой способ вызывает серьезные возражения, основанные на коррозионных свойствах морской воды. Высказываются опасения, что коррозия достаточно быстро нарушит целостность контейнеров, и радиоактивные вещества попадут в воду, а морские течения разнесут активность по морским просторам.
Не только радиация
Эксплуатация АЭС сопровождается не только опасностью радиационного загрязнения, но и другими видами воздействия на окружающую среду. Основным является тепловое воздействие. Оно в полтора-два раза выше, чем от тепловых электростанций.При работе АЭС возникает необходимость охлаждения отработанного водяного пара. Самым простым способом является охлаждение водой из реки, озера, моря или специально сооруженных бассейнов. Вода, нагретая на 5-15 °С, вновь возвращается в тот же источник. Но этот способ несет с собой опасность ухудшения экологической обстановки в водной среде в местах расположения АЭС.
Большее применение находит система водоснабжения с использованием градирен, в которых охлаждение воды происходит за счет ее частичного испарения и охлаждения. Небольшие потери пополняются постоянной подпиткой свежей водой. При такой системе охлаждения в атмосферу выбрасывается огромного количество водяного пара и капельной влаги. Это может привести к увеличению количества выпадающих осадков, частоты образования туманов, облачности.
В последние годы стали применять систему воздушного охлаждения водяного пара. В этом случае нет потерь воды, и она наиболее безвредна для окружающей среды. Однако такая система не работает при высокой средней температуре окружающего воздуха. Кроме того, себестоимость электроэнергии существенно возрастает.
Перспективы атомной энергетики
После неплохого старта наша страна отстала от передовых стран мира в области развития атомной энергетики по всем параметрам. Конечно, от ядерной энергетики можно вообще отказаться. Тем самым будет полностью устранена опасность облучения людей и угроза ядерных аварий. Но тогда для удовлетворения потребностей в энергии придется наращивать строительство ТЭЦ и ГЭС. А это неизбежно приведет к большому загрязнению атмосферы вредными веществами, к накоплению в атмосфере избыточного количества углекислого газа, изменению климата Земли и нарушению теплового баланса в масштабах всей планеты. Между тем призрак энергетического голода начинает реально угрожать человечеству.Радиация - грозная и опасная сила, но при должном отношении с ней вполне можно работать. Характерно, что меньше всего боятся радиации те, кто постоянно имеет с ней дело и хорошо знает все связанные с ней опасности. В этом смысле интересно сравнить статистику и интуитивную оценку степени опасности различных факторов повседневной жизни. Так, установлено, что наибольшее число человеческих жизней уносят курение, алкоголь и автомобили. Между тем, по оценке людей из групп населения, различных по возрасту и образованию, наибольшую опасность жизни несут атомная энергетика и огнестрельное оружие (урон, приносимый человечеству курением и алкоголем, явно недооценивается).
Специалисты, которые могут наиболее квалифицированно оценить достоинства и возможности использования ядерной энергетики, считают, что человечеству уже не обойтись без энергии атома. Ядерная энергетика - один из наиболее перспективных путей утоления энергетического голода человечества в условиях энергетических проблем, связанных с использованием ископаемого горючего топлива.
Автор: В.Н. Ершов при участии Л.Ю. Аликберовой и Е.И.Хабаровой