Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Уфимский государственный нефтяной технический университет"

Филиал ФГБОУ ВПО УГНТУ в г.Стерлитамак

Кафедра ЭРП

Реферат по экологии

На тему:

"Воздействие атомных электростанций на окружающую среду"

Выполнила: ст.гр. ТС-10-31

Салаватова Л.М.

Проверила: Пряничникова В.В.

Стерлитамак 2012

Содержание

• Введение
• 1. Атомные электростанции, принцип действия
• 2. Небезопасность атомной энергетики
• 3. Воздействие атомных электростанций на окружающую среду
• 3.1 Воздействие на морские экосистемы
• 3.2 Выбросы и сбросы вредных веществ при эксплуатации АЭС
• 3.3 Ядерные отходы
• 3.3.1 Проблемы ядерных отходов
• 3.3.2 Вывод по ядерным отходам
• 4. Воздействие радиоактивных выбросов на организм человека. Угроза для здоровья
• 4.1 Виды радиоактивного излучения
• 4.2 Пути проникновения радиации в организм человека
• 5. Ограничение опасных воздействий АЭС на экосистемы
• 6. Альтернативные источники энергии
• 6.1 Солнечная энергия
• 6.2 Энергия ветра
• 6.3 Энергия приливов
• 6.4 Вывод по возобновляемым источникам энергии
• Заключение
• Список использованной литературы

Введение

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. Наиболее технологически развитая и апробированная новая отрасль энерготехнологии - атомная энергетика - сегодня занимает 16% в мировом производстве электроэнергии, а доля атомной энергетики в странах большой восьмерки в общей выработке электроэнергии составляет от 78% во Франции до 13% в Канаде. По данным МАГАТЭ по состоянию на декабрь 2007 года в мире действовало 439 атомных энергоблоков общей электрической мощностью 371 684 МВт. Большая часть энергоблоков сосредоточена в США - 104, Франции - 59, Японии - 55.

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.

Споры об атомной энергетике начались настолько же давно, насколько ее промышленное использование. Мечты ее сторонников постепенно растаяли, а риски остались, вместе с этим повысилась угроза использования атомной энергетики в военных целях. Терроризм породил новые угрозы. Глобальное потепление и природная ограниченность ископаемого топлива не устраняют главнейших проблем безопасности, связанных с атомной энергетикой. А полностью безопасный реактор так и остается лишь мечтой уже многие десятилетия.

Искусственное потепление атмосферы Земли несомненно представляет собой одну из глобальных проблем XXI века. Но существуют менее опасные пути решения этой проблемы, чем использование ядерной энергии. Атомная энергетика не является устойчивой, т.к. ядерное топливо ограничено, как и ископаемое топливо (уголь, нефть и природный газ). Более того, радиоактивные отходы должны быть изолированы от биосферы на период времени, не поддающийся человеческому воображению.

Ядерная энергетика представляет собой не только ненадежную технологию в отношении безопасности, но также и в отношении финансовых инвестиций. Без государственных субсидий у ядерной индустрии не останется шансов на выживание в условиях рыночной экономики. Компании будут продолжать получать прибыль от использования атомной энергии, пользуясь установленными государством условиями, пока субсидии не прекратятся.

Продление лицензий для устаревающих реакторов является привлекательным решением для операторов - но несоразмерно увеличивает риск возникновения крупной аварии. И всегда будут существовать режимы, которые будут содействовать гражданскому использованию атомной энергии исключительно с целью получить атомную бомбу. Более того, как стало понятно после 11 сентября 2001 года, уязвимые и сверхопасные АЭС представляют собой дополнительные мишени для беспринципных и ожесточенных неправительственных группировок. Также по этой причине общественность будет делиться на противников и сторонников использования атомной энергии, пока будет продолжаться ее использование.

Но вместе с тем, атомная энергетика - активно развивающаяся отрасль. Очевидно, что ей предназначено большое будущее, так как запасы нефти, газа и угля постепенно иссякают, а уран - достаточно распространенный элемент на Земле. Развивая ядерную энергетику в интересах экономики, нельзя забывать о безопасности и здоровье людей, так как ошибки могут привести к катастрофическим последствиям.

Всего с момента начала эксплуатации атомных станций в 14 странах мира произошло более 150 инцидентов и аварий различной степени сложности. Наиболее характерные из них: в 1957 г. - в Уиндскейле (Англия), в 1959 г. - в Санта-Сюзанне (США), в 1961 г. - в Айдахо-Фолсе (США), в 1979 г. - на АЭС Три-Майл-Айленд (США), в 1986 г. - на Чернобыльской АЭС (СССР) и недавняя авария на АЭС Фукусима-1 (Япония).

Печальный опыт этих аварий показал, сколь тяжелы могут быть последствия ядерных катастроф. Потеряны на столетия, а возможно, и на тысячелетия, обширные территории обжитых мест, лесных, водных и других природных богатств. Пострадало население этих территорий. Значительный удар получила экономика стран и пострадавших регионов.

Производство ядерной энергии оправдывается лишь в том случае, если будут найдены надежные решения всех связанных с ней проблем, в первую очередь средств значительного повышения безопасности существующих объектов ядерной энергетики и проблема захоронения ядерных отходов.

Техногенные воздействия на окружающую среду при строительстве и эксплуатации атомных электростанций многообразны. Обычно говорят, что имеются физические, химические, радиационные и другие факторы техногенного воздействия эксплуатации АЭС на объекты окружающей среды.

Наиболее существенные факторы:

· локальное механическое воздействие на рельеф - при строительстве;

· сток поверхностных и грунтовых вод, содержащих химические и радиоактивные компоненты;

· изменение характера землепользования и обменных процессов в непосредственной близости от АЭС;

· изменение микроклиматических характеристик прилежащих районов;

· отравление воздушного бассейна выбросами пыли, загрязнение территорий шлаками, содержащими радиоактивные вещества при сжигании ископаемых топлив в котлах электростанций;

· загрязнение территорий при авариях на атомных станциях и предприятиях;

· более локальные, но не менее неприятные последствия - гибель озер, рек из-за неочищенных радиоактивных сбросов промышленных предприятий.

Возникновение мощных источников тепла в виде градирен, водоемов - охладителей при эксплуатации АЭС обычно заметным образом изменяет микроклиматические характеристики прилежащих районов. Движение воды в системе внешнего теплоотвода, сбросы технологических вод, содержащих разнообразные химические компоненты оказывают травмирующее воздействие на популяции, флору и фауну экосистем.

Особое значение имеет распространение радиоактивных веществ в окружающем пространстве. В комплексе сложных вопросов по защите окружающей среды большую общественную значимость имеют проблемы безопасности атомных станций. Общепризнанно, что АЭС при их нормальной эксплуатации намного - не менее чем в 5-10 раз "чище" в экологическом отношении тепловых электростанций (ТЭС) на угле. Однако при авариях АЭС могут оказывать существенное радиационное воздействие на людей, экосистемы. Поэтому обеспечение безопасности экосферы и защиты окружающей среды от вредных воздействий АЭС - главная проблема и крупная научная и технологическая задача ядерной энергетики, обеспечивающая ее будущее.

За последние годы было высказано множество мнений и беспокойств относительно ядерной промышленности и, в особенности, ее отходов. Поднимался даже вопрос, имеет ли право вообще существовать ядерная энергетика, если проблема обращения с ее отходами пока не решена должным образом. Выражались также сомнения по поводу безопасного сдерживания отходов при их удалении.

Отметим важность не только радиационных факторов возможных вредных воздействий АЭС на экосистемы, но и тепловое и химическое загрязнение окружающей среды, механическое воздействие на обитателей водоемов-охладителей, изменения гидрологических характеристик прилежащих к АЭС районов, т.е. весь комплекс техногенных воздействий, влияющих на экологическое благополучие окружающей среды.

1. Атомные электростанции, принцип действия

Атомная электростанция (АЭС) -- комплекс технических сооружений, предназначенных для выработки электрической энергии путём использования энергии, выделяемой при контролируемой ядерной реакции. АЭС классифицируются в соответствии с установленными на них реакторами.

Рис. 1. Схема работы атомной электростанции

Энергия, выделяемая в активной зоне реактора, передаётся теплоносителю первого контура. Далее теплоноситель подаётся насосами в теплообменник (парогенератор), где нагревает до кипения воду второго контура. Полученный при этом пар поступает в турбины, вращающие электрогенераторы. На выходе из турбин пар поступает в конденсатор, где охлаждается большим количеством воды, поступающей из водохранилища. Компенсатор давления представляет собой довольно сложную и громоздкую конструкцию, которая служит для выравнивания колебаний давления в контуре во время работы реактора, возникающих за счёт теплового расширения теплоносителя. Давление в 1-м контуре может доходить до 160 атмосфер.

Помимо воды, в различных реакторах в качестве теплоносителя может применяться также расплавленный натрий или газ. Использование натрия позволяет упростить конструкцию оболочки активной зоны реактора (в отличие от водяного контура, давление в натриевом контуре не превышает атмосферное), избавиться от компенсатора давления, но создаёт свои трудности, связанные с повышенной химической активностью этого металла.

Общее количество контуров может меняться для различных реакторов, схема на рисунке 1 приведена для реакторов типа ВВЭР. В случае невозможности использования большого количества воды для конденсации пара, вместо использования водохранилища, вода может охлаждаться в специальных охладительных башнях (градирнях), которые благодаря своим размерам обычно являются самой заметной частью атомной электростанции.

2. Небезопасность атомной энергетики

Сторонники ядерной энергетики явно довольны тем, что дебаты по вопросу использования атомной энергии стихли. Под влиянием угрозы климатических изменений и бурного роста цен на нефть, тон обсуждений стал более "сдержанным и спокойным". Защитники атомной энергетики особенно удовлетворены следующим обстоятельством: обсуждение ядерной политики переключилось с фундаментальных проблем охраны и безопасности на вопросы в сфере экономики, защиты окружающей среды и рационального использования природных ресурсов. Им бы хотелось, чтобы общественное мнение считало атомную энергетику просто одной из технологий получения энергии, наравне с угольной или ветровой. Ядерное деление было "заключено в треугольник", который применяют экономисты для установления рамок в дебатах вокруг энергетической политики. Это - экономическая рентабельность, надежность поставок топлива и соответствие экологическим стандартам. Сторонники ядерной энергетики не обеспокоены тем, что при такой концепции остается немало вопросов относительно предсказуемости развития их отрасли. Они довольны. Как они и предполагали, обсуждение в этих рамках предоставляет отличную возможность замаскировать уникальный потенциал ядерной энергетики в области аварий. Дискуссия в рамках "треугольника" позволяет избежать обсуждения аргументов, которые касаются безопасности. Эта ситуация сложилась не случайно. Она представляет собой результат усилий производителей атомной энергии, выработавших соответствующую стратегию.

Успешная отвлекающая тактика может успокоить взволнованную общественность. Но она не снижает возможность возникновения крупной аварии. Риск возникновения крупной аварии, т.е. такой, которая будет превосходить самую серьезную ожидаемую, с которой только могут справиться существующие системы безопасности - всегда будет основным источником конфликта, связанного с ядерной энергетикой. В конечном счете, это будет являться основой для аргументов против такой формы выработки энергии. Одобрение - региональное, национальное и глобальное - неразрывно связано с этим риском. После катастроф в Харрисбурге и Чернобыле для возвращения общественного одобрения ядерная промышленность пообещала разработать полностью безопасный реактор. Четверть века назад проектировщики реакторов придумали термин "изначально более безопасные атомные электростанции". Американцы прозвали эти будущие установки "опережающими" реакторами, заявляя о том, что возможность расплавления активной зоны или других тяжелых аварий может быть физически исключена. "Даже если произойдет самый тяжелый из возможных инцидентов, - заявил вице-президент одной из американских компаний, продающих реакторы, - вы сможете пойти домой, пообедать, немного вздремнуть, и лишь после этого позаботиться о возникшей проблеме - без малейшего беспокойства или паники". Это грандиозное заявление сохраняет свое значение и сегодня - оно до сих пор остается неосуществленным обещанием.

Европейское агентство по атомной энергии (Евроатом) и десять стран, в которых функционируют атомные электростанции, уже говорят о реакторах четвертого поколения, которые олицетворяют будущее ядерной энергетики, в довольно сдержанном тоне. В отношении этих реакторов уже не говорят, что они будут защищены от идиотских ошибок оператора, как это утверждали в отношении предыдущего поколения, и что никогда не было реализовано. Но утверждают, что блоки четвертого поколения будут более экономичными, меньшими по размерам, менее применимы в военных целях и, следовательно, более приемлемы для общественного мнения. По официальным источникам, первые реакторы 4-го поколения предполагается ввести в эксплуатацию к 2030 году. Неофициально даже некоторые сторонники этой инициативы говорят, что реакторы появятся не ранее 2040 или 2045 гг. Данное обещание очень похоже на то, что говорили разработчики термоядерных реакторов. В 1970-х они утверждали, что такие блоки будут производить энергию уже в 2000 году. В настоящее время говорят, что это произойдет к середине XXI века, если произойдет вообще.

Ядерная индустрия не сдержала данные в прошлом обещания, ведь даже реакторы четвертого поколения не являются абсолютно безопасными. В то же время, сегодняшняя общественная дискуссия уже обсуждает "относительную безопасность", а неспециалисты с удовольствием повторяют неправильно понятое пустое заявление о том, что "наши атомные электростанции являются самыми безопасными в мире". Достоверность этого утверждения - особенно популярного в Германии - никогда не была подтверждена доказательствами. И правда, звучит не особо правдоподобно, что атомные электростанции, которые были введены в эксплуатацию в 60-е и 70-е гг. (а это означает, что сконструированы они были на основе знаний 50-х и 60-х гг.) могут иметь соответствующий нынешним требованиям уровень безопасности. Но до тех пор, пока никто не выступит с опровержением заявлений сторонников ядерной энергетики, что во Франции, США, Швеции, Японии и Южной Корее уровень безопасности реакторов находится на надлежащем уровне, - все будут удовлетворены. Ни в одной стране мира не существует национального органа по безопасности, который заявил бы что-либо о проблемах - все говорят "наши АЭС - самые технологичные в мире", а также об уникальных особенностях собственных реакторов. Также и страны Восточной Европы заявляют с завидной частотой, что модернизационные программы последних 15 лет вывели реакторы советского дизайна на европейский уровень стандартов безопасности и в некоторых аспектах даже превосходят их. К примеру, утверждается, что реакторы советского дизайна после модернизации становятся менее чувствительными к нарушению физических процессов внутри реактора. Нет необходимости анализировать эти утверждения. Тут заложена простая идея: нет причин для беспокойства.

Беспокойство как на национальном, так и на международном уровне, в самом деле начинает снижаться. Но сохраняется ключевой вопрос о цене, которую человечество готово заплатить за это спокойствие. Какими могут быть последствия для международной реакторной безопасности, если почти катастрофа, произошедшая в Пакше, обсуждалась лишь в кругу специалистов? Сторонники ядерной энергетики известны приписыванием сравнительно высокого уровня безопасности АЭС в Германии и, между прочим, связывают это с наличием в Западной Германии сильного антиядерного движения и скептического отношения к реакторам со стороны хорошо информированной общественности. Согласно данной точке зрения, рост озабоченности у хорошо информированной общественности привел к усовершенствованию систем безопасности. Но если это так, то снижение интереса населения к атомной энергетике должно привести к снижению уровня безопасности АЭС.

В чем заключается новый, реалистичный взгляд на безопасность после 20 лет, прошедших после катастрофы на Чернобыльской АЭС? Разработаны ли эффективные меры, предотвращающие возможные аварии, как та, что случилась в 1986 году на Украине? Или же уже существует противоположная ситуация и новая крупная авария вот-вот произойдет?

Никто не может отрицать, что ядерная отрасль, как и любая другая, извлекла выгоду из развития технологий. Революционные преобразования в информационных технологиях и связи, произошедшие с момента возведения первых гражданских реакторов, сделали процессы контроля и мониторинга более ясными, а повседневные операции более надежными. При проектировании устаревающих видов реакторов, находящихся в эксплуатации и по сей день, компьютерные технологии находились на уровне ЧПУ с программным управлением. Современные системы контроля были и продолжают ретроактивно устанавливаться на заводах, в том числе и на устаревающих АЭС. Компьютерное моделирование и эксперименты могут пролить свет на многие факторы, связанные с обычными реакторными процессами или с теми, которые следуют за нарушением нормального функционирования. В наши дни операторы АЭС прибегают к помощи моделирования при оценке необходимых мер реагирования на аварии, о вероятности которых 20 или 30 лет назад еще никто не подозревал. Специалисты в сфере безопасности также пользуются усовершенствованными вероятностными анализами и новыми разработками в области испытания оборудования и мониторинга.

Люди, отвечающие за эксплуатацию реактора, должны учитывать ошибки прошлого. С этой целью была организована Всемирная ассоциация ядерных операторов (WANO), которая организует обмен информацией и анализирует данные об авариях. Операторы имеют доступ к данным об 11000 реакторных лет во всем мире. Однако говорить о "новом уровне безопасности" пока рано. То, что после Чернобыля и Харрисбурга не было инцидентов с расплавлением активной зоны еще не значит, что они стали невозможными. Пакш стал главным напоминанием. Три из четырех реакторов, работающих в настоящий момент, уже существовали в 1986 г. По теории вероятности тяжелая авария может произойти сегодня или через 100 лет. 11 тысяч лет работы реакторов во всем мире не подтверждают этот тезис и не вносят какую-либо ясность. Когда впервые произошла авария с расплавлением активной зоны в Харрисбурге в 1979 г., антиядерные активисты в южной Германии распространили ироничную листовку следующего содержания: "Одна авария за 100 тысяч лет - как быстро летит время!"

Менеджеры, как Гарри Роэл (директор компании RWE), называют продление срока службы реакторов "абсолютно соответствующим технологии безопасности". Вальтер Хогефельдер, директор компании E.ON Ruhrgas, управляющей АЭС в Германии, а также президент Немецкого форума по атомной энергии, со всей серьезностью заявил, что продление "обезопасит поставки электроэнергии". Ужасно то, что большая часть общественности больше не подвергает это сомнению. Операторы АЭС пытаются убедить всех в том, что АЭС с возрастом становится безопаснее, в отличие от машин или самолетов. Однако это вступает в противоречие не только со здравым смыслом, но и с законами физики.

Реакторы подвержены "старению". Этот нейтральный термин - фасад, скрывающий технические знания о металле и других материалах. Знания связаны не столько с состоянием поверхности металла, сколько с малозаметными изменениями субстанций внутри металлических материалов. Эти процессы и их последствия трудно просчитывать. Их трудно идентифицировать во время мониторинга, особенно если в дело вступают высокие температуры, большие нагрузки, агрессивные химические среды и нейтронное воздействие. Коррозия, повреждения вследствие облучения центральных компонентов реактора нередко происходили в прошлом. Серьезных аварий часто можно избежать путем мониторинга и проверок. Иногда повреждения, важные с точки зрения безопасности, обнаруживаются случайно.

Мы должны также помнить о либерализации энергетического рынка. Там, где есть АЭС, они требует снижения издержек через увольнение части персонала, уменьшения количества проверок и времени, которое тратится на ремонт и замену топлива. Все это не приводит к повышению безопасности.

В целом из-за увеличения срока эксплуатации АЭС до 40 или даже 60 лет средний возраст реакторов в мире, составляющий сейчас 22 года, удвоится или даже утроится. Это повысит риск серьезной аварии. Процесс возведения реакторов третьего поколения не претерпит сильных изменений. В течение следующих десятилетий они будут обеспечивать очень небольшой процент электроэнергии. Эти реакторы не обладают достаточной защитой против серьезных аварий. Операторы АЭС уверены, что увеличение опыта эксплуатации реакторов и продление срока службы АЭС снижают возможность серьезной аварии.

В 2003 г. на встрече WANO в Берлине были определены 7 наиболее серьезных случаев, на которые надо обратить внимание. Как и в случае с Пакшем, аварии обсуждалось исключительно экспертами, без участия общественности. Вот этот список:

· Утечки на АЭС Сайзвел Би (Sizewell B) в Великобритании (эксплуатируется с 1995 г.).

· Недостаточная концентрация бора в аварийной системе охлаждения на втором блоке немецкой АЭС Филипсбург (Philippsburg) в Баден-Вюртемберге.

· Ранее не встречавшиеся повреждения топливных сборок на 3-м блоке француз-ской АЭС Каттено (Cattenom).

· Взрыв водорода в трубопроводе на немецкой АЭС Брюнсбюттель (Brunsbuttel).

· Масштабная коррозия корпуса реактора АЭС Дэвис-Бесс (Davis-Besse) в США.

· Фальсификация сведений, относящихся к безопасности, на британском объекте Селлафилд (Sellafield).

· То же, но в Японии, на АЭС компании Tepco.

Кстати именно на этой АЭС Фукусима-1 компании Терсо произошла недавняя трагедия из-за землетрясения, повлекшего за собой огромное цунами, которое повредило систему водозабора, что и привело к аварии на атомной станции. Эти виды инцидентов и их частое повторение в последние годы заботят операторов АЭС гораздо больше, нежели политических пропагандистов "ядерного ренессанса". Японский президент WANO Хашиму Маэда заявил, что ядерному бизнесу угрожает тяжелый "недуг". Он начинается с потери мотивации, затем следует самодовольство и "безразличие к повышению культуры безопасности вследствие экономического давления либерализации энергетического рынка". Этот недуг должен быть осознан и учтен. В противном случае "серьезная авария… уничтожит всю индустрию, а вместе с этим повлечёт катастрофические последствия для природы и всего человечества".

3. Воздействие атомных электростанций на окружающую среду

Ядерная индустрия вложила огромные деньги в маркетинговые кампании, рекламирующие ядерную энергию как "чистую энергию". В 1998 году Институт ядерной энергии (NEI) запустил рекламу, в которой утверждалось, что ядерная энергия помогает "охране окружающей среды". В ответ 15 экологических, политических, предпринимательских и потребительских организаций обратились в Отдел общенациональной рекламы Совета бюро по улучшению деловой практики (NAD), который постановил, что реклама NEI "вводит в заблуждение", и рекомендовал прекратить ее.

Однако в NEI предпочли проигнорировать это предупреждение и выступили с новым раундом слегка модифицированных рекламных слоганов, и тогда дело было передано в Федеральную комиссию по торговле (FTC). В декабре 1999 года FTC постановила, что "поскольку сброс горячей воды из охладительных систем наносит вред окружающей среде, и принимая во внимание нерешенные проблемы, связанные с захоронением радиоактивных отходов, мы считаем, что NEI не удалось обосновать их общее утверждение о благе для окружающей среды".

3.1 Воздействие на морские экосистемы

Известные ученые и эксперты едины во мнении о том, что здоровье мирового океана в опасности. Однако ядерной индустрии по-прежнему позволяется разрушать значительные участки морской среды, что происходит при штатной работе ядерных реакторов. В отношении коммерческого рыболовства существуют жесткие предписания, касающиеся способов, количества и частоты лова. Требования к ядерной индустрии, напротив, сводятся к соблюдению некоторых мер предосторожности для предотвращения влияния на поголовье рыбы и многочисленные прибрежные виды морских обитателей.

Реакторы, на которых используется охладительная система однократной циркуляции, потребляют около 4 миллиардов литров воды в день (около 2 миллионов литров в минуту). Такой колоссальный расход воды оказывает серьезное воздействие на окружающую среду: рыба и другие морские животные засасывается приемниками охладительной системы; при сбросе использованной воды повышается температура воды в водоеме. До 95% мелкой рыбы, личинок и икринок, морских микроорганизмов, попадающих в охладительные системы, погибает, что может привести к значительному сокращению этих видов и утрате популяциями, обитающими вблизи реакторов, способности к самовоспроизводству.

Охладительная система реактора выбрасывает обратно куда более горячую воду, нежели забирает. Подогретая вода наносит вред и убивает морских обитателей и значительно изменяет условия локальной морской среды. Выяснилось, что повышенная температура воды вызывает смертельное заболевание у морских моллюсков, которые практически вымерли в районе АЭС Diablo Canyon в Калифорнии. Ламинария, лишенная возможности эффективного фотосинтеза из-за затеняющего эффекта, который возникает в результате взбаламучивания воды реакторными сбросами, также слабеет при повышенной температуре. В зоне непосредственного сброса дно очищается от отложений силой потока подогретой воды, который обнажает голую породу и создает настоящую морскую пустыню.

Теоретически, гласит "Закон о чистой воде" (Clean Water Act), атомные станции должны использовать водозаборные системы, в которых "применяется лучшая доступная технология минимизации негативного влияния на окружающую среду". Однако реальные примеры влияния на окружающую среду пугают. Например, в штате Нью-Йорк подсчитали, что АЭС Indian Point убивает более миллиона единиц рыбы в год, а внедрение охладительной системы замкнутого цикла привело бы к сокращению этой бойни как минимум на 98%. АЭС Oyster Creek в Нью-Джерси, как выяснил департамент по охране окружающей среды штата, убивает миллионы мелких рыб, креветок и других морских животных каждый год, и их останки, выбрасываемые обратно в реку, создают "теневой эффект", не давая солнечным лучам проникнуть в толщу воды и сокращая содержание в воде кислорода.

Пять видов морской черепахи, находящиеся под угрозой исчезновения, уничтожаются атомными станциями, расположенными возле океанических берегов США. Головастая морская, зеленая и оливковая черепахи чаще всего становятся жертвами эксплуатации реакторов и часто попадают в водозаборники большого диаметра охладительных систем реакторов.

Таким образом, влияние ядерной энергии на морскую среду демонстрирует, что для ядерной индустрии и контролирующих органов прибыль важнее сокращения вреда морским экосистемам.

Установка градирен на охладительных системах однократной циркуляции (которые применяются на половине из американских реакторов) может сократить объем потребляемой воды на 96% и значительно сократить негативное влияние на морскую жизнь. Градирни должны также охлаждать использованную воду перед сбросом. Однако, несмотря на наличие и доступность этого средства, операторы атомных станций, претендующие на роль хранителей нашего природного наследия, продолжают делать свое опустошительное дело, которое во многих случаях может иметь необратимые последствия.

3.2 Выбросы и сбросы вредных веществ при эксплуатации АЭС

Исходными событиями, которые, развиваясь во времени, в конечном счёте могут привести к вредным воздействиям на человека и окружающую среду, являются выбросы и сбросы радиоактивности и токсических веществ из систем АЭС.

Эти выбросы делят на газовые и аэрозольные, выбрасываемые в атмосферу через трубу, и жидкие сбросы, в которых вредные примеси присутствуют в виде растворов или мелкодисперсных смесей, попадающие в водоемы. Возможны и промежуточные ситуации, как при некоторых авариях, когда горячая вода выбрасывается в атмосферу и разделяется на пар и воду.

Выбросы могут быть как постоянными, находящимися под контролем эксплуатационного персонала, так и аварийными, залповыми. Включаясь в многообразные движения атмосферы, поверхностных и подземных потоков, радиоактивные и токсические вещества распространяются в окружающей среде, попадают в растения, в организмы животных и человека.

Рис. 2. Пути миграции вредных веществ от АЭС в окружающей среде

На рисунке 2 показаны воздушные, поверхностные и подземные пути миграции вредных веществ в окружающей среде. Вторичные, такие как ветровой перенос пыли испарений, как и конечные потребители вредных веществ на рисунке не показаны.

Рассмотрим, какой вред наносит АЭС природе в условиях нормальной работы. При добыче и переработке урановой или ториевой руды отчуждаются значительные земельные площади (под карьеры и для размещения отвалов пустой породы и отходов). На этапах переработки руды и топлива используется большое количество химических реагентов, частично попадающих в окружающую среду.

На АЭС при производстве энергии осуществляется тот же паротурбинный цикл преобразования тепла, что и на ТЭС, поэтому до 70% энергии, выделившейся в реакторе, поступает в окружающее пространство, приводя к тепловому загрязнению биосферы.

Термоядерная реакция идет с выделением тепла - именно это положено в принцип работы АЭС - в качестве передатчика этого тепла, так называемого теплоносителя, используются вода. Элементарные единицы активной зоны реактора - твэлы часто деформируются и продукты деления поступают в теплоноситель. Он конечно проходит очистку прежде чем вернуться в пруд-охладитель, но часть радиоактивности все же остается.

Возникновение мощных источников тепла в виде градирен, водоемов - охладителей при эксплуатации АЭС обычно заметным образом изменяет микроклиматические характеристики прилежащих районов. Движение воды в системе внешнего теплоотвода, сбросы технологических вод, содержащих разнообразные химические компоненты оказывают травмирующее воздействие на популяции, флору и фауну экосистем.

Особое значение имеет распространение радиоактивных веществ в окружающем пространстве. Собственно ядерная реакция происходит в активной зоне реактора. Реакция представляет собой сложные превращения одних атомов в другие. В результате таких превращений образуется спектр радиоактивных изотопов различных химических элементов. Первыми реактор покидают радиоактивные благородные газы. Эти газы задерживаются некоторое время в фильтре-адсорбере, где теряют свою активность и лишь очень небольшая их часть попадает в атмосферу. В атмосферу также выбрасывается небольшое количество трития, йода и аэрозоли, которые составляют некоторые твердые продукты деления и активации.

В ядерном цикле используется большое количество ископаемого топлива и выбрасывается большое количество парниковых газов. Хотя в результате ядерной реакции не происходит выброса СО2 и других парниковых газов, в результате всего ядерного топливного цикла потребляется много ископаемого топлива и выбрасывается много таких газов. Добыча и обогащение урана, производство и транспортировка реакторного топлива -- все эти процессы должны учитываться при сравнении ядерной энергии с альтернативами, чего обычно не происходит.

В действительности, как показывает анализ полного ядерного цикла, при производстве ядерной энергии выбрасывается 20-40% углекислого газа на киловатт-час от аналогичного показателя в газовом цикле. Эти подсчеты верны только в том случае, если используется высокообогащенная урановая руда. Поскольку запасы урана стремительно истощаются, извлечение урана из низкообогащенной руды приведет к увеличению выбросов СО2. Ядерный топливный цикл, начинающийся с низкокачественной руды (менее 0,02% U3O8 на тонну), производит столько же эквивалента СО2, сколько газовая генерация. Таким образом, если ядерная энергетика будет расширяться, для чего потребуется руда с низким содержанием урана, -- выбросы СО2 будут расти.

Анализ, проведенный Эко-Институтом (Oko Institute) в Германии на базе данных GEMIS (Global Emission Model for Integrated Systems -- Всемирная модель выбросов для интегрированных систем), показывает, что выбросы с АЭС мощностью 1250 МВт составляют около 1,3 миллионов тонн СО2 в год. Такой уровень выбросов делает ядерную энергию более грязным вариантом по сравнению со сбережением энергии, возобновляемой энергетикой или теплофикацией.

Более того, обогащение урана -- очень грязный процесс, и данные Департамента энергетики США показывают, что в 2001 году на американских обогатительных предприятиях было выброшено 405,5 тонн фреона (CFC-114), что составляет 5 г СО2 на кВт/ч. (Фреоны не только имеют сильный парниковый эффект, но и разрушают озоновый слой). Единственное действующее обогатительное предприятие в США, завод Падука в Кентукки, например, потребляет столько энергии, сколько производят две 1000-мегаватных угольных станции, внося значительный вклад в выбросы СО2 и других загрязняющих веществ.

В комплексе сложных вопросов по защите окружающей среды большую общественную значимость имеют проблемы безопасности атомных станций. Общепризнанно, что АЭС при их нормальной эксплуатации намного - не менее чем в 5-10 раз "чище" в экологическом отношении тепловых электростанций (ТЭС) на угле. Для сравнения: вклад от рентгено-диагностических процедур для всего населения в год в 1000 раз больше. Однако при авариях АЭС могут оказывать существенное радиационное воздействие на людей, экосистемы. Поэтому обеспечение безопасности экосферы и защиты окружающей среды от вредных воздействий АЭС - крупная научная и технологическая задача ядерной энергетики, обеспечивающая ее будущее.

3.3 Ядерные отходы

В результате своей деятельности ядерная промышленность порождает ядерные отходы. Технологии уменьшения объема отходов и их сокращения, а также высокий профессионализм персонала - все это способствуют непрерывному продолжению процесса минимизации произведенных отходов, что является ключевым принципом стратегии управления отходами.

К сожалению, ядерная энергетика продолжает накапливать проблемы долгосрочного обращения с радиоактивными отходами. Это проблема ближайшего настоящего и будущего, т.к. радиоактивные отходы требуют изоляции и большого пространства для хранения. В будущем должны быть найдены способы максимальной концентрации отходов в малом объеме и способы их утилизации, иначе наша планета превратится в ядерную свалку.

Радиоактивные отходы на атомной станции находятся в твердой, жидкой и газообразной формах. Твердые материалы включают в себя облученное ядерное топливо и низкоактивные отходы, такие как смолы водоочистки или рабочая одежда. Жидкие отходы содержат тритий - охлаждающая реактор вода, в которой радиоактивные элементы либо растворены, либо находятся в виде взвесей. Газообразные продукты в основном содержат радиоактивные инертные газы (криптон, ксенон, иод).

Любые жидкие отходы обычно переводятся в твердое состояние посредством выпаривания жидкой компоненты и смешиванием с матрицей, формирующей сплав. Этой матрицей обычно является боросиликатное стекло (например, PYREX), а сам этот процесс известен как остекловывание. Твердые отходы в дальнейшем упаковываются в стальные контейнеры для безопасного хранения, транспортировки и изоляции. В тех случаях, когда отходы остаются в виде стержней отработанного топлива, сборки могут герметизироваться в стальных контейнерах, которые иногда обшиваются медью. В обоих случаях контейнерам затем придают форму, которая может размещаться глубоко под землей, в горной выработке.

Отходы низкой активности захораниваются на территории АЭС. Отходы средней и высокой активности захораниваются в централизованных хранилищах на длительное время. Принимаемые меры по очистке и локализации твердых, жидких и газообразных отходов позволяют обеспечить надежную защиту окружающей среды от радиоактивного заражения при эксплуатации АЭС.

Следует отметить, что хотя предприятия ядерного топливного цикла и производят различные отходы, они, тем не менее, не являются промышленными "выбросами" в традиционном понимании этого слова. Их надежное хранение и размещение обеспечивает безопасность. Фактически атомная энергетика - единственная отрасль промышленности, которая берет полную ответственность за все свои отходы и полностью оплачивает расходы по их содержанию и утилизации.

Для каждого типа накопителей определены требования по защите от загрязнения почвы, подземных и поверхностных вод, по снижению концентрации вредных веществ в воздухе и содержанию опасных веществ в накопителях в пределах или ниже ПДК.

Отходы высокого уровня активности (HLW) - основной источник отходов в пересчете на активность, возникающий в результате использования ядерных реакторов для производства электроэнергии. Высокорадиоактивные продукты деления и трансурановые элементы нарабатываются из урана и плутония в течение всего срока эксплуатации реактора и содержатся в основном в составе отработанного топлива. В тех странах, где исповедуется замкнутый ядерно-топливный цикл и применяется процесс переработки материалов, содержащихся в отработанном топливе, продукты деления и трансурановые элементы отделяются от урана и плутония и обрабатываются как HLW (а уран и плутоний повторно используются как топливо в реакторах). В странах, где отработанное топливо не перерабатывается, само отработанное топливо рассматривается как отходы и поэтому классифицируется в качестве HLW.

Отходы низкого и промежуточного уровня активности образуются в результате операций по очистке систем охлаждения реактора и водоемов хранения топлива, дезактивации оборудования, фильтров и металлических компонентов, которые стали радиоактивными в результате их использования в реакторе или возле него.

Продукты деления и трансурановые элементы, содержащие долгоживущие радиоактивные изотопы - основные отходы от переработки. После их отделения от урана и плутония (процесс PUREX) в отработанном топливе (уран и плутоний после этого повторно используются как топливо в реакторах) продукты деления и трансурановые элементы остекловываются в боросиликатном стекле и инкапсулируются для хранения в контейнеры из нержавеющей стали. Для возможного захоронения глубоко под землей в настоящее время предусматривается, что эти контейнеры будут иметь дополнительное внешнюю оболочку (наружный контейнер) в виде больших стальных бочек.

Вывод из эксплуатации. В случае вывода из эксплуатации ядерных реакторов сначала удаляется все отработанное топливо, составляющее 99 % радиоактивности реактора. Большая часть отходов, образующихся при выводе из эксплуатации, являются отходами низкого уровня активности, а именно являются следствием поверхностного загрязнения внутренних поверхностей рассматриваемых объектов. Отходы промежуточного уровня активности также образуются при демонтаже внутренних конструкций реактора.

Много отходов при выводе из эксплуатации ядерных установок образуется при демонтаже строений, находящихся в пределах ядерной установки, но не подвергавшихся воздействию радиации или радиоактивных материалов, например, газотурбинного зала и административных зданий. Эти сооружения выводятся из эксплуатации с использованием обычных методов, а образовавшиеся при этом отходы после переработки могут повторно использоваться или вывозиться на общегородские свалки мусора.

3.3.1 Проблемы ядерных отходов

Проблема радиоактивных отходов является частным случаем общей проблемы загрязнения окружающей среды отходами человеческой деятельности. Одним из основных источников радиоактивных отходов (РАО) высокого уровня активности является атомная энергетика (отработанное ядерное топливо).

Сотни миллионов тонн радиоактивных отходов, образующихся в результате деятельности атомных электростанций (жидкие и твердые отходы и материалы, содержащие следы урана) накопились в мире за 50 лет использования атомной энергии. При нынешнем уровне производства количество отходов в ближайшие несколько лет может удвоиться. При этом ни одна из 34 стран с атомной энергетикой не знает сегодня решения проблемы отходов. Дело в том, что большая часть отходов сохраняет свою радиоактивность до 240 000 лет и должна быть изолирована от биосферы на это время. Сегодня отходы содержатся во "временных" хранилищах, или захораниваются неглубоко под землей. Во многих местах отходы безответственно сбрасываются на землю, в озера и океаны. Что касается глубокого подземного захоронения - официально признанного в настоящее время способа изоляции отходов, то со временем изменения русла водных потоков, землетрясения и другие геологические факторы нарушат изоляцию захоронения и приведут к заражению воды, почвы и воздуха.

Пока человечество не придумало ничего более разумного, чем простое хранение отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Дело в том, что когда АЭС с канальными реакторами только строились, планировалось, что использованные топливные сборки будут вывозиться на переработку на специализированный завод. Такой завод предполагалось построить в закрытом городе Красноярске-26. Чувствуя, что бассейны выдержки скоро переполнятся, а именно в бассейны временно помещаются извлекаемые из РБМК использованные кассеты, ЛАЭС решилась на строительство на своей территории хранилища отработанного ядерного топлива (ХОЯТ). В 1983 году выросло огромное здание, вмещающее целых пять бассейнов. Отработанная ядерная сборка представляет собой высокоактивное вещество, несущее смертельную опасность для всего живого. Даже на расстоянии она разит жестким рентгеновским излучением. Но самое главное, в чем и заключается ахиллесова пята атомной энергетики, опасной она будет оставаться еще на протяжении 100 тысяч лет! То есть весь этот период, с трудом поддающийся воображению, ОЯТ нужно будет хранить так, чтобы к нему не имела доступа ни то, что живая, но и неживая природа - ядерная грязь ни при каких условиях не должна попасть в окружающую среду. Заметим, что вся письменная история человечества меньше 10 тысяч лет. Задачи, возникающие при захоронении РАО, беспрецедентны в истории техники: люди никогда не ставили себе таких долговременных целей.

Интересный аспект проблемы состоит в том, что надо не только защищать человека от отходов, но одновременно защищать отходы от человека. За срок, отводимый на их захоронение, сменятся многие социально-экономические формации. Нельзя исключить, что в определенной ситуации РАО могут стать желанным объектом для террористов, мишенями для удара при военном конфликте и т.п. Понятно, что, рассуждая о тысячелетиях, мы не можем полагаться, скажем, на правительственный контроль и охрану -- невозможно предвидеть, какие изменения могут произойти. Может быть, лучше всего сделать отходы физически недоступными для человека, хотя, с другой стороны, это затруднило бы нашим потомкам дальнейшие меры безопасности.

Понятно, что ни одно техническое решение, ни один искусственный материал не может "работать" в течение тысячелетий. Очевидный вывод: изолировать отходы должна сама природная среда. Рассматривались варианты: захоронить РАО в глубоких океанических впадинах, в донных осадках океанов, в полярных шапках; отправлять их в космос; закладывать их в глубокие слои земной коры. В настоящее время общепринято, что оптимальный путь -- захоронение отходов в глубоких геологических формациях.

Понятно, что РАО в твердой форме менее склонны к проникновению в окружающую среду (миграции), чем жидкие РАО. Поэтому предполагается, что жидкие РАО будут вначале переводиться в твердую форму (остекловываться, превращаться в керамику и т.п.). Тем не менее, в России все еще практикуется закачка жидких высокоактивных РАО в глубокие подземные горизонты (Красноярск, Томск, Димитровград).

В настоящее время принята так называемая "многобарьерная" или "глубоко эшелонированная" концепция захоронения. Отходы сперва сдерживаются матрицей (стекло, керамика, топливные таблетки), затем многоцелевым контейнером (используемым для транспортировки и для захоронения), затем сорбирующей (поглощающей) отсыпкой вокруг контейнеров и, наконец, геологической средой.

Сколько стоит вывод из эксплуатации атомной станции? По разным оценкам и для разных станций, эти оценки колеблются от 40 до 100% капитальных затрат на строительство станции. Эти цифры теоретические, поскольку до сих пор станции полностью из эксплуатации не выводились: волна выводов должна начаться после 2010 года, так как срок жизни станций составляет 30-40 лет, а основное строительство их происходило в 70-80-х годах. То, что мы не знаем стоимости вывода реакторов из эксплуатации, означает, что эта "скрытая стоимость" не учитывается в стоимости электроэнергии, производимой атомными станциями. Это одна из причин кажущейся "дешевизны" атомной энергии.

Итак, мы попытаемся захоранивать РАО в глубокие геологические фракции. При этом нам поставлено условие: показать, что наше захоронение будет работать, как мы это планируем, на протяжении 10 тысяч лет. Посмотрим теперь, какие проблемы мы встретим на этом пути.

Первые проблемы встречаются на этапе выбора участков для изучения.

В США, например, ни один штат не хочет, чтобы общегосударственное захоронение размещалось на его территории. Это привело к тому, что усилиями политиков многие потенциально подходящие площади были вычеркнуты из списка, причем не на основании ночного подхода, а вследствие политических игр.

Как это выглядит в России? В настоящее время в России все еще можно изучать площади, не ощущая значительного давления местных властей (если не предлагать при этом размещать захоронение вблизи городов!). Полагаю, что по мере усиления реальной независимости регионов и субъектов Федерации ситуация будет смещаться в сторону ситуации США. Уже сейчас ощущается склонность Минатома переместить свою активность на военные объекты, над которыми практически нет контроля: например, для создания захоронения предполагается архипелаг Новая Земля (российский полигон № 1), хотя по геологическим параметрам это далеко не лучшее место, о чем еще будет речь дальше.

Но предположим, что первый этап позади и площадка выбрана. Надо ее изучить и дать прогноз функционирования захоронения на 10 тысяч лет. Тут появляются новые проблемы.

Неразработанность метода. Геология -- описательная наука. Отдельные разделы геологии занимаются предсказаниями (например, инженерная геология предсказывает поведение грунтов при строительстве и т.п.), но никогда еще перед геологией не ставилась задача предсказать поведение геологических систем на десятки тысяч лет. Из многолетних исследований в разных странах возникли даже сомнения, возможен ли вообще более или менее надежный прогноз на такие сроки.

Представим все же, что нам удалось выработать разумный план изучения площадки. Понятно, что для осуществления этого плана понадобится много лет: например, гора Яка в штате Невада изучается уже более 15 лет, но заключение о пригодности или непригодности этой горы будет сделано не ранее чем через 5 лет. При этом программа захоронения будет испытывать все возрастающее давление.

Давление внешних обстоятельств. В годы холодной войны на отходы не обращали внимания; они накапливались, хранились во временных контейнерах, терялись и т.п. Пример -- военный объект Хэнфорд (аналог нашего "Маяка"), где находится несколько сот гигантских баков с жидкими отходами, причем для многих из них не известно, что находится внутри. Одна проба стоит 1 миллион долларов! Там же, в Хэнфорде, примерно раз в месяц обнаруживаются закопанные и "забытые" бочки или ящики с отходами.

В целом за годы развития ядерных технологий отходов скопилось очень много. Временные хранилища на многих атомных станциях близки к заполнению, а на военных комплексах они часто находятся на грани выхода из строя "по старости" или даже за этой гранью.

Итак, проблема захоронения требует срочного решения. Осознание этой срочности становится все более острым, тем более что 430 энергетических реакторов, сотни исследовательских реакторов, сотни транспортных реакторов атомных подводных лодок, крейсеров и ледоколов продолжают непрерывно накапливать РАО. Но у людей, прижатых к стенке, не обязательно возникают лучшие технические решения, и возрастает вероятность ошибок. Между тем в решениях, связанных с ядерной технологией, ошибки могут очень дорого стоить.

Предположим, наконец, что мы истратили 10-20 миллиардов долларов и 15-20 лет на изучение потенциальной площадки. Пришло время принимать решение. Очевидно, идеальных мест на Земле не существует, и любое место будет иметь с точки зрения захоронения положительные и отрицательные свойства. Очевидно, придется решить, перевешивают ли положительные свойства отрицательные и обеспечивают ли эти положительные свойства достаточную безопасность.

Принятие решений и технологическая сложность проблемы. Проблема захоронения технически чрезвычайно сложна. Поэтому очень важно иметь, во-первых, науку высокого качества, а во-вторых, эффективное взаимодействие (как говорят в Америке, "интерфейс") между наукой и политиками, принимающими решения.

Российская концепция подземной изоляции РАО и отработанного ядерного топлива в многолетнемерзлых породах разработана в Институте промышленной технологии Минатома России (ВНИПИП). Она была одобрена Государственной экологической экспертизой Министерства экологии и природных ресурсов РФ, Минздравом РФ и Госатомнадзором РФ. Научная поддержка концепции проводится кафедрой мерзлотоведения Московского государственного университета. Следует заметить, что эта концепция уникальна. Ни в одной стране мира, насколько мне известно, вопрос о захоронении РАО в мерзлоте не рассматривается.