Специфические экологические проблемы ядерной энергетики РФ

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Вселенная, мировое пространство пронизано лучистой энергией. Если скопления материи в виде звезд, планет, блуждающих комет и метеоритов в масштабах Вселенной - редкие явления, то потоки лучей, порождаемые ими, наполняют все пространство. В каждой его точке ежесекундно можно обнаружить потоки излучений - радиацию.

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

Существует образное выражение, что мы живем в эпоху трех «Э»: экономика, энергетика, экология. При этом экология как наука и образ мышления привлекает все более и более пристальное внимание человечества.

Значительный рост мирового энергопотребления в XXI веке неизбежен, особенно в развивающихся странах. Глобальное потребление энергии, по всей видимости, удвоится к середине века, даже если исходить из очень низких темпов роста. Этот рост зависит от развития мировой экономики, роста населения и стремления к более равномерному распределению потребления энергии по регионам мира.

В ближайшие десятилетия углеводородное топливо будет продолжать служить главным источником энергии, однако освоенные его месторождения исчерпываются, а введение в оборот новых требует все больших инвестиционных затрат. Следствием этого должны стать постепенные изменения в инфраструктуре производства энергии, обусловленные как экономическими (повышение цен и их изменчивость), так и природоохранными факторами, а также дальнейшим развитием технологий новых видов топлива.

В последнее время большое внимание в международных дискуссиях уделялось экологическим последствиям использования ископаемого топлива. Введение глобальных ограничений на выбросы парниковых газов и региональные ограничения на другие загрязнители атмосферы серьезно повлияют на структуру эволюционирующей мировой энергетики и потребуют значительных дополнительных инвестиций для сдерживания роста выбросов.

Позитивному решению этих проблем будет способствовать развитие ядерной энергетики. Чтобы в глобальном масштабе существенно повлиять на производство энергии, обеспечить энергетическую безопасность и ослабление парникового эффекта, производство ядерной энергии должно быть увеличено к середине века в 4-5 раз от ныне достигнутого. Наличие ядерных мощностей такого масштаба поднимает очень важные вопросы ресурсной обеспеченности дешевым топливом, обращения с отходами и распространения ядерного оружия. Очевидно, что при дальнейшем развитии ядерной энергетики необходимо обеспечить также экономическую приемлемость и соблюдение критериев технической безопасности. Крупномасштабное развитие ядерной энергетики предполагает ее использование в большем числе стран, чем в настоящее время. Это, учитывая связанные с ядерной энергетикой проблемы безопасности и нераспространения, ставит дополнительные задачи в ее развитии.

Говоря об экономической приемлемости ядерной энергетики, следует помнить, что она занимает свою нишу среди производителей энергии. В настоящее время во многих странах она обеспечивает базовую электрическую нагрузку, а в России, кроме того, высвобождает для экспорта дополнительные объемы органического топлива. В перспективе ядерная энергия будет постепенно замещать природный газ в производстве тепла для технологических процессов, и в конечном счете обеспечит производство водорода из воды, что сохранит природное органическое сырье для неэнергетического применения. Кроме того, в перспективе будет освоено опреснение морской воды с использованием ядерной энергии.

В мире имеется достаточное количество ядерных материалов для обеспечения потребностей ядерной энергетики в топливе на многие десятилетия вперед, даже при работе в открытом цикле. Однако в дальнейшем она неизбежно столкнется с ограниченностью ресурсов дешевого урана. В связи с этим придется неминуемо реализовать замыкание топливного цикла и расширенное воспроизводство топлива при использовании в качестве сырья урана и тория. Внедрением таких инновационных ядерных технологий проблемы ресурсов ядерного топлива могут быть вообще сняты.

Исключительную важность имеет проблема обращения с большими объемами руды при добыче урана, отработанным топливом и высокорадиоактивными отходами. Сюда относятся работы по эффективным методам переработки отработавшего топлива, по сжиганию наиболее опасных актинидов и, возможно, долгоживущих продуктов деления.

В свете современных тенденций проблемами энергообеспечения и ее безопасного воздействия на окружающую среду занимаются как энергетика так и экология, каждая решая проблемы своей компетенции.

1. Проблемы энергетики

Энергетика - это та отрасль производства, которая развивается невиданно быстрыми темпами.

Создание атомной энергетики стало возможным благодаря двум открытиям, сделанным в конце 30-х гг. В 1938 г. два немецких химика, О. Ган и Ф. Штрассман, открыли деление ядер урана под воздействием медленных нейтронов. Этот процесс, названный тогда расщеплением, должен был сопровождаться выделением огромного количества ядерной энергии. В следующем году итальянский физик, нобелевский лауреат Э. Ферми, эмигрировавший в США, сформулировал идею осуществления управляемой цепной реакции при делении ядер урана, т. е. процесса, который, однажды начавшись, обеспечивает условия для своего продолжения .Если численность населения в условиях современного демографического взрыва удваивается за 40-50 лет, то в производстве и потреблении энергии это происходит через каждые 12-15 лет. При таком соотношении темпов роста населения и энергетики, энерговооруженность лавинообразно увеличивается не только в суммарном выражении, но и в расчете на душу населения. Впервые человек увидел возможность использования колоссального источника энергии, скрытого природой в атомном ядре. Эти открытия, сделанные накануне Второй мировой войны, были использованы для обоснования и практических работ по созданию атомного оружия. На протяжении следующих лет основные интеллектуальные усилия физиков и ряда других ученых Германии, США, а позже и СССР были сосредоточены на проблеме создания «бомбы». С 1938 г. физики Англии, Германии, США получили поддержку своих правительств и военных ведомств в организации работ по созданию ядерного оружия. В 1940 г. было теоретически установлено, что уран-238, из которого в основном состоит природный уран, поглощая лишние нейтроны, должен превратиться в новый элемент, получивший название «плутоний». Его изотоп - плутоний-239 - является превосходным расщепляющимся материалом, пригодным для изготовления атомного оружия. Быстрее всего в реализации теоретических открытий продвинулись американские физики.

2 декабря 1942 г. под трибуной спортивного стадиона в Чикаго заработал первый в мире атомный реактор, построенный под руководством Э. Ферми и Л. Сцилларда. На этом уран-графитовом реакторе была получена контролируемая самоподдерживающаяся цепная реакция деления ядер урана под действием нейтронов. С этого момента получение атомного оружия стало только делом времени. В СССР созданием ядерного оружия занялись со значительным опозданием. В феврале 1943 г. было принято решение Государственного комитета обороны о создании единого научного центра по атомной тематике во главе с И. Курчатовым.

Первый исследовательский уран-графитовый реактор на Европейском континенте был запущен в Москве 26 декабря 1946 г. Первые реакторы, созданные и в США и в СССР, были сугубо исследовательскими, на них отрабатывались все принципиальные решения для создания промышленных военных реакторов. Главной задачей того времени, для чего и создавалась гигантская атомная отрасль, было получение высокообогащенного изотопа плутония-239, а наиболее производительной технологией для получения больших количеств оружейного плутония оказалась наработка его из промышленных ядерных реакторов.

19 июня 1948 г. в Челябинской области был пущен первый из будущих тринадцати военных промышленных реакторов - конвертер для получения оружейного плутония. В 1954 г. начала работать первая в мире атомная станция в г. Обнинске, а через 3 года на океанские просторы вышло первое в мире атомное судно - ледокол «Ленин».

Управляемая ядерная энергия сулила уникальные возможности. Появилась идея использовать ее для создания ядерных энергетических установок для военно-морского подводного флота с беспрецедентным радиусом действия под водой и как энергоисточник для выработки тепла и электроэнергии. 27 июня 1954 г. в г. Обнинске Калужской области была пущена первая в мире атомная электрическая станция (АЭС) мощностью 5 МВт - начался этап освоения «мирного» атома. В 1956 г. была пущена первая АЭС в Англии, а в 1957 г. - первая АЭС в США. Ядерная энергетика заимствовала все достижения науки и техники, полученные при создании ядерного оружия. Нет основания ожидать, что темпы производства и потребления энергии в ближайшей перспективе существенно изменятся (некоторое замедление их в промышленно развитых странах компенсируется ростом энерговооруженности стран третьего мира), поэтому важно получить ответы на следующие вопросы:

- какое влияние на биосферу и отдельные ее элементы оказывают основные виды современной (тепловой, водной, атомной) энергетики и как будет изменяться соотношение этих видов в энергетическом балансе в ближайшей и отдаленной перспективе;

- можно ли уменьшить отрицательное воздействие на среду современных (традиционных) методов получения и использования энергии;

- каковы возможности производства энергии за счет альтернативных (нетрадиционных) ресурсов, таких как энергия солнца, ветра, термальных вод и других источников, которые относятся к неисчерпаемым и экологически чистым.

В настоящее время энергетические потребности обеспечиваются в основном за счет трех видов энергоресурсов: органического топлива, воды и атомного ядра. Энергия воды и атомная энергия используются человеком после превращения ее в электрическую энергию. В то же время значительное количество энергии, заключенной в органическом топливе, используется в виде тепловой и только часть ее превращается в электрическую. Однако и в том и в другом случае высвобождение энергии из органического топлива связано с его сжиганием, следовательно, и с поступлением продуктов горения в окружающую среду.

2. Экологические проблемы атомной энергетики

Ядерная энергетика до недавнего времени рассматривалась как наиболее перспективная. Это связано как с относительно большими запасами ядерного топлива, так и со щадящим воздействием на среду. К преимуществам относится также возможность строительства АЭС, не привязываясь к месторождениям ресурсов, поскольку их транспортировка не требует существенных затрат в связи с малыми объемами. Достаточно отметить, что 0,5 кг ядерного топлива позволяет получать столько же энергии, сколько сжигание 1000 тонн каменного угля.

Конец 1960-х годов считается бумом ядерной энергетики. В это время возникло, по крайней мере, две иллюзии, связанных с ядерной энергетикой. Считалось, что энергетические ядерные реакторы достаточно безопасны, а системы слежения и контроля, защитные экраны и обученный персонал гарантируют их безаварийную работу, а также считалось, что ядерная энергетика является «экологически чистой», т.к. обеспечивает снижение выброса парниковых газов при замещении энергетических установок, работающих на ископаемом топливе.

До середины 80-х годов человечество в ядерной энергетике видело один из выходов из энергетического тупика. Только за 20 лет (с середины 60-х до середины 80-х годов) мировая доля энергетики, получаемой на АЭС, возросла практически с нулевых значений до 15-17%, а в ряде стран она стала превалирующей. Суммарная мощность действовавших тогда АЭС в мире достигла 117 МВт. Ни один другой вид энергетики не имел таких темпов роста. До недавнего времени основные экологические проблемы АЭС связывались с захоронением отработанного топлива, а также с ликвидацией самих АЭС после окончания допустимых сроков эксплуатации. Имеются данные, что стоимость таких ликвидационных работ составляет от 1/6 до 1/3 от стоимости самих АЭС.

При нормальной работе АЭС выбросы радиоактивных элементов в среду крайне незначительны. В среднем они в 2-4 раза меньше, чем от ТЭС одинаковой мощности.

К маю 1986г. 400 энергоблоков, работавших в мире и дававших более 17% электроэнергии, увеличили природный фон радиоактивности не более чем на 0,02%. До Чернобыльской катастрофы не только в мире, но и в России никакая отрасль производства не имела меньшего уровня производственного травматизма, чем АЭС. За 30 лет до трагедии при авариях, и то по нерадиационным причинам, погибло 17 человек. 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).

Иллюзия о безопасности ядерной энергетики была разрушена после нескольких больших аварий в Великобритании, США и СССР, апофеозом которых стала катастрофа на Чернобыльской АЭС. После 1986 г. главную экологическую опасность АЭС стали связывать с возможностью аварий. Хотя вероятность их на современных АЭС и невелика, но и она не исключается. К наиболее крупным авариям такого плана относится случившаяся на четвертом блоке Чернобыльской АЭС.

По различным данным, суммарный выброс продуктов деления от содержащихся в реакторе составил от 3,5% (63 кг) до 28% (50 т). Для сравнения отметим, что бомба, сброшенная на Хиросиму, дала только 740 г радиоактивного вещества.

В результате аварии на Чернобыльской АЭС радиоактивному загрязнению подверглась территория в радиусе более 2 тыс. км, охватившая более 20 государств. В пределах бывшего СССР пострадало 11 областей, где проживает 17 млн. человек. Общая площадь загрязненных территорий превышает 8 млн. га, или 80000 км2. В результате аварии погиб 31 человек и более 200 человек получили дозу радиации, приведшую к лучевой болезни. Из 2044 км2 зоны отчуждения большая часть - 1856км2 - загрязнена радиоактивным цезием, стронцием, плутонием. Полный распад плутония наступит через 23000 лет. Территория вокруг ЧАЭС загрязнена и трансурановыми элементами, период полураспада которых около 300 лет.

Последствия аварии будут сказываться на жизни еще нескольких поколений. Подробнее последствия аварии на Чернобыльской АЭС будут рассмотрены ниже в отдельной главе.

После аварии на Чернобыльской АЭС отдельные страны приняли решение о полном запрете на строительство АЭС. В их числе Швеция, Италия, Бразилия, Мексика. Швеция, кроме того, объявила о намерении демонтировать все действующие реакторы (их 12), хотя они и давали около 45% всей электроэнергии страны. Резко замедлились темпы развития данного вида энергетики в других странах. Приняты меры по усилению защиты от аварий существующих, строящихся и планируемых к строительству АЭС. Вместе с тем человечество осознает, что без атомной энергетики на современном этапе развития не обойтись. Строительство и ввод в строй новых АЭС постепенно увеличивается.

В настоящее время в мире действует более 500 атомных реакторов. Около 100 реакторов находится в стадии строительства. Лидируют в области использования атомной энергетики США, где в эксплуатации находится 109 энергоблоков общей электрической мощностью 105, 4 ГВт. Во Франции работает 56 энергоблоков мощностью 61 ГВт. Далее следует Япония, где работает 52 энергоблока общей мощностью 44 ГВт, и Германия с 20 энергоблоками мощностью 23, 5 ГВт. В России в эксплуатации находится 29 энергоблоков установленной мощностью 21, 2 ГВт. В десятку стран, имеющих развитую атомную энергетику, кроме указанных на диаграмме, входят также Канада, Украина, Великобритания, Швеция, Республика Корея.

В процессе ядерных реакций выгорает лишь 0,5-1,5% ядерного топлива. Ядерный реактор мощностью 1000 МВт за год работы выделяет около 60 т радиоактивных отходов. На территории АЭС России хранится около 300 тыс. м3 отходов общей активностью порядка 45 тыс. кюри (это отходы от 9АЭС с 29 энергоблоками). К 2020 г. в мире накопится, по оценке экспертов, около600 тыс. тонн. Около 250 радиоактивных изотопов ежегодно попадают в окружающую среду в результате работы ядерных реакторов. Эти радиоактивные частицы вместе с водой, пылью, пищей и воздухом попадают в организмы людей, животных, вызывая раковые заболевания, дефекты при рождении, снижение уровня иммунной системы и увеличивают общую заболеваемость населения, проживающего вокруг ядерных установок. Департамент общественного здравоохранения штата Массачусетс с 1990 года установил, что у людей, живущих и работающих в двадцатимильной зоне АЭС «Пилигрим», около города Плимут, в 4 раза выше заболеваемость лейкемией, чем ожидалось. Статистически заметное увеличение случаев заболеваний лейкемией и раком обнаружено в окрестностях АЭС «Троян» в городе Портленд, штат Орегон. Заболеваемость лейкемией детей в поселке около британского ядерного центра в Селлафилде в 10 раз выше, чем в среднем по стране, и, несомненно, связана с его работой. Это стало известно в 1990 году, а недавно официально подтверждено Британским комитетом по радиологии.

Даже когда АЭС работает нормально, она обязательно выбрасывает изрядное количество радиоактивных изотопов инертных газов. Также как радиоактивный йод концентрируется в щитовидной железе, вызывая ее поражение, радиоизотопы инертных газов, в 70-е годы считавшиеся абсолютно безвредными для всего живого, накапливаются в некоторых клеточных структурах растений хлоропластах, митохондриях и клеточных мембранах. После установления этого факта, остается слово «инертные» всегда употреблять в кавычках, поскольку, конечно же, они оказывают серьезное влияние на процессы жизнедеятельности растений.

Радиоизотопы «инертных» газов вызывают и такой феномен как столбы ионизированного воздуха (свечки) над АЭС. Эти образования могут наблюдаться с помощью обыкновенных радиолокаторов на расстоянии в сотни километров от любой АЭС. Кто сможет утверждать, что все это никак не сказывается на состоянии и качестве окружающей среды, на миграционных путях птиц и летучих мышей, на поведении насекомых?

Одним из основных выбрасываемых инертных газов является криптон-85 бета-излучатель. Уже сейчас ясна его роль в изменении электропроводности атмосферы. Количество криптона-85 в атмосфере (в основном за счет работы АЭС) увеличивается на 5 % в год. Уже сейчас количество криптона-85 в атмосфере в миллионы раз (!) выше, чем до начала атомной эры. Этот газ в атмосфере ведет себя как тепличный газ, внося тем самым вклад в антропогенное изменение климата Земли.

Нельзя не упомянуть и проблему другого бета-излучателя, образующегося при всякой нормальной работе АЭС, трития, или радиоактивного водорода. Доказано, что он легко связывается с протоплазмой живых клеток и тысячекратно накапливается в пищевых цепочках. Кроме того, надо добавить загрязнение тритием грунтовых вод практически вокруг всех АЭС. Ничего хорошего от замещения части молекул воды в живых организмах тритием ждать не приходиться. Когда тритий распадается (период полураспада 12,3 года), он превращается в гелий и испускает сильное бета-излучение. Эта трансмутация особенно опасна для живых организмов, так как может поражать генетический аппарат клеток.

Еще один радиоактивный газ, не улавливаемый никакими фильтрами и в больших количествах производимый всякой АЭС, углерод-14. Есть основания предполагать, что накопление углерода-14 в атмосфере ведет к резкому замедлению роста деревьев. Такое необъяснимое замедление роста деревьев, по заключению ряда лесоводов, наблюдается, чуть ли не повсеместно на Земле. Сейчас в составе атмосферы количество углерода-14 увеличено на 25% по сравнению с до атомной эрой.

Но главная опасность от работающих АЭС - загрязнение биосферы плутонием. На Земле было не более 50 кг этого сверхтоксичного элемента до начала его производства человеком в 1941 году. Сейчас глобальное загрязнение плутонием принимает катастрофические размеры: атомные реакторы мира произвели уже много сотен тонн плутония количество более чем достаточное для смертельного отравления всех живущих на планете людей. Плутоний крайне летуч: стоит пронести образец через комнату, как допустимое содержание плутония в воздухе будет превышено. У него низкая температура плавления всего 640 градусов по Цельсию. Он способен к самовозгоранию при наличии кислорода.

Обычно, когда говорят о радиационном загрязнении, имеют в виду гамма-излучение, легко улавливаемое счетчиками Гейгера и дозиметрами на их основе.

В то же время есть немало бета-излучателей (углерод-14, криптон-85, стронций-90, йод-129 и 130). Существующими массовыми приборами они измеряются недостаточно надежно. Еще труднее быстро и достоверно определять содержание плутония, поэтому если дозиметр не щелкает, это еще не означает радиационной безопасности, это говорит лишь о том, что нет опасного уровня гамма-радиации.

Наконец, важнейшей причиной экологической опасности ядерной энергетики и ядерной промышленности в целом является проблема радиоактивных отходов, которая так и остается нерешенной. На 424 гражданских ядерных энергетических реакторах, работающих во всем мире, ежегодно образуется большое количество низко-, средне- и высокорадиоактивных отходов. Часть их подвергается переработке, а основная масса требует захоронения.

Что же такое отработавшее ядерное топливо? С одной стороны, оно более чем на 90 % состоит из материалов, пригодных для дальнейшего использования в промышленности, и, следовательно, является ценным сырьем для получения регенерируемых компонентов ядерного топлива и важнейших изотопов. С другой - оно содержит, пусть и в небольших количествах, потенциально опасные, радиоактивные вещества, появившиеся в результате облучения в реакторе АЭС и не имеющие при существующем уровне технологии достаточного применения (РАО). Именно по причине такой двойственности продукта и соответствующей противоречивости подходов к нему (сырье-отход), не прекращаются бурные дискуссии между специалистами - атомщиками, экологами, экономистами, о правильности выбора того или иного способа обращения с отработавшим ядерным топливом. Следует подчеркнуть, что проблема утилизации ОЯТ стоит перед всеми странами, эксплуатирующими ядерные энергетические объекты.

Накопление ОЯТ происходит во множестве географических регионов, нецентрализованно, по различным стандартам, что представляет собой потенциальную угрозу глобальной безопасности и вряд ли отвечает задачам ядерного нераспространения. Поскольку из ОЯТ может быть выделен энергетический плутоний, пригодный для создания ядерного взрывного устройства, а также ОЯТ может быть использовано для создания той самой радиологической "грязной" бомбы, по терминологии Генерального директора МАГАТЭ г-на Эль Барадея, образующейся из совмещения обычной взрывчатки и радиоактивного источника, то возникает и политический аспект этой проблемы.

Различие в отношении к ОЯТ как товару приводит к вариативности подходов. Вариант переработки ОЯТ на радиохимических заводах представляет замкнутый топливный цикл. В результате переработки 1 тонны ОЯТ (в пересчете на уран) образуется следующее количество радиоактивных отходов (РАО):

- жидкие высокоактивные - 45 м3,

- среднеактивные - 150 м3,

- низкоактивные - 2000 м3,

- твердые 3-й группы активности - 1000 кг,

- 2-й группы активности - 3000 кг,

- 1-й группы активности - 3500 кг,

- газообразные - 0, 23 кюри/год.

Главным аргументом в пользу переработки является повторное вовлечение сырья в цикл: резкое повышение эффективности использования природного урана и вовлечение в топливный цикл нового энергоносителя - плутония. Переработка ОЯТ в промышленном масштабе осуществляется в Великобритании, Франции, России. Небольшие по мощности установки работают в Японии и Индии.

Технология захоронения довольно сложна и дорогостояща. Отработанное топливо обычно перегружается в бассейны выдержки, где за несколько лет существенно снижается радиоактивность и тепловыделение. Захоронение обычно проводится на глубинах не менее 500-600 шурфов. Последние располагаются друг от друга на таком расстоянии, чтобы исключалась возможность атомных реакций. Вариант прямого захоронения ОЯТ без переработки представляет открытый топливный цикл. Прямое захоронение ОЯТ на практике пока не осуществляется. В странах, выбравших концепцию прямого захоронения, ведется активный поиск мест для создания могильников, построены либо разрабатываются "пилотные" установки. Лидерами в данной области являются США, Швеция, Финляндия. Помимо того, что не каждая страна обладает подходящими геологическими формациями, данная работа осложнена местной общественной оппозицией.

На практике, в большинстве стран реализуется промежуточное хранение ОТВС с отложенным выбором в пользу той или иной концепции окончательной утилизации ОЯТ. У промежуточного хранения есть известные экономические плюсы, а именно: дешевизна технологической операции хранения, небольшой объем капиталовложений в строительство хранилищ, быстрое освоение объектов, сохранение рабочих мест и собственных финансовых ресурсов. Более того, данный подход позволяет в будущем сделать обоснованный и оптимальный выбор в зависимости от уровня развития науки и техники. Нельзя не признать - достаточно разумная концепция, пусть и не снимающая проблему окончательно.

Однако, говоря о хранении с "отложенным решением", следует задуматься, насколько такой выбор соотносится с самыми передовыми подходами в других областях.

К этой проблеме отходов прямо примыкает проблема вывода выработавших свой ресурс реакторов. Радиоактивное загрязнение сопровождает все звенья сложного хозяйства ядерной энергетики: добычу и переработку урана, работу АЭС, хранение и регенерацию топлива. Это делает атомную энергетику экологически безнадежно грязной. Снятие с эксплуатации энергоблоков АЭС - одна из сложнейших задач в комплексе использования атомной энергии. Через 30-40 лет после пуска атомная электростанция вырабатывает свой ресурс и ее надо выводить из эксплуатации. Каждая АЭС должна быть, в конце концов, разобрана в идеале до «зеленой лужайки» (возврат промплощадки в неограниченное использование). Снятие с эксплуатации энергоблоков АЭС является очень непростой инженерно-технической проблемой, решение которой охватывает широкий спектр задач, таких, как выбор рациональных способов демонтажа АЭС, обеспечивающих минимальное облучение персонала и воздействие радиации на окружающую среду, разработка оптимальных процессов разборки элементов конструкций энергоблока и дезактивация оборудования, обращение с радиоактивными отходами. В мире уже снято с эксплуатации и демонтировано более десяти АЭС, и их площадки возвращены в состояние «зеленой лужайки», однако этот процесс носил больше экспериментальный характер и происходил в условиях возможного выделения ресурсов для единичных блоков. В настоящее время в мире более 130 исследовательских, демонстрационных и промышленных ядерных реакторов выработали свой ресурс, а в период до 2020 г. во всем мире будет снято с эксплуатации более 200 энергоблоков. Чтобы представить сложность задачи на современном уровне, заметим, что при снятии с эксплуатации 125 энергоблоков в странах ЕЭС общий объем РАО составит 1 миллион 600 тысяч тонн! Эти отходы надо надежно упаковать и хранить длительный срок в специальных хранилищах.

Можно выделить 3 основных варианта вывода АЭС из эксплуатации:

1. Непосредственный быстрый демонтаж электростанции. В этом случае ОЯТ и теплоноситель после продолжительного отстоя вывозятся в хранилище с радиационной защитой. Все загрязненные радиацией материалы и оборудование разбираются и удаляются. Территория станции приводится в радиационно безопасное состояние. Объем радиоактивных отходов оценивается в 18-20 тыс. м3.

2. Отсроченный демонтаж. В этом случае с территории АЭС убираются ОЯТ и теплоноситель, а после консервации в течение нескольких десятилетий (в Германии этот срок - 30 лет, в Великобритании - от 50 до 100 лет) производятся демонтаж и окончательная очистка территории станции. Объем РАО снижается незначительно - до 17 тыс. м3.

3. Изоляция. Все радиоактивные отходы остаются на станции, которую заключают в бетонный саркофаг, позволяющий периодически контролировать ее состояние. Через 100 лет может быть произведена разборка станции и ее дезактивация. Количество отходов - 10 тыс. м3.

При выборе стратегии одним из главных факторов является количество и радионуклидный состав твердых и жидких отходов и степень заполнения ими хранилищ на АЭС. По экспертным оценкам, общие расходы составляют не менее 10% стоимости строительства АЭС.

Неизбежный результат работы АЭС - тепловое загрязнение. На единицу получаемой энергии здесь оно в 2-2,5 раза больше, чем на ТЭС, где значительно больше тепла отводится в атмосферу. Выработка 1 млн. кВт электроэнергии на ТЭС дает 1,5 км3 подогретых вод, на АЭС такой же мощности объем подогретых вод достигает 3-3,5 км3. Следствием больших потерь тепла на АЭС является их более низкий коэффициент полезного действия по сравнению с ТЭС. На последних он равен 35%, а на АЭС - только 30-31 %. Говорится о так называемом парниковом эффекте. Повышение концентрации углекислого газа в атмосфере вызывает так называемый парниковый эффект, который получил название по аналогии с перегревом растений в парнике. Роль пленки в атмосфере выполняет углекислый газ. В последние годы стала известна подобная роль и некоторых других газов (СН4 и N2О). Количество метана увеличивается ежегодно на 1%, углекислого газа - на 0,4%, закиси азота - на 0,2%. Считается, что углекислый газ ответственен за половину парникового эффекта.

В целом можно назвать следующие воздействия АЭС на среду:

- разрушение экосистем и их элементов (почв, грунтов, водоносных структур и т. п.) в местах добычи руд (особенно при открытом способе);

- изъятие земель под строительство самих АЭС. Особенно значительные территории отчуждаются под строительство сооружений для подачи, отвода и охлаждения подогретых вод. Для электростанции мощностью 1000 МВт требуется пруд-охладитель площадью около 800-900 га. Пруды могут заменяться гигантскими градирнями с диаметром у основания 100-120 м и высотой, равной 40-этажному зданию;

- изъятие значительных объемов вод из различных источников и сброс подогретых вод. Если эти воды попадают в реки и другие источники, в них наблюдается потеря кислорода, увеличивается вероятность цветения, возрастают явления теплового стресса у гидробионтов;

- не исключено радиоактивное загрязнение атмосферы, вод и почв в процессе добычи и транспортировки сырья, а также при работе АЭС, складировании и переработке отходов, их захоронениях.

С каждым десятилетием открываются все новые опасности, связанные с работой АЭС. Есть все основания считать, что и далее будут выявляться новые данные об опасностях, исходящих от АЭС.

3. Последствия аварии на Чернобыльской АЭС

экологический радиоактивный электростанция утилизация

Авария на Чернобыльской АЭС явилась специфической экологической катастрофой в атомной энергетике. При этом в отношении Чернобыльского выброса многое остается неизвестным, и риск здоровью населения от аварийных выбросов этой АЭС существенно занижен, т.к. в большинстве стран СНГ отсутствует хорошая медицинская статистика. Острая лучевая болезнь была диагностирована у 134 из числа участников ликвидации последствий аварии. Из 134 человек в первые месяцы погибли 28 человек - из персонала ЧАЭС и пожарных. За последующие 17 лет в группе лиц перенесших ОЛБ, смертность практически не превышает смертности в данной возрастной группе. В эпицентре аварии уровень загрязнения был настолько высок, что население ряда районов пришлось эвакуировать, а почвы, поверхностные воды, растительный покров оказались радиоактивно зараженными на многие десятилетия. В 1986 году было эвакуировано свыше 115 тыс. жителей (г. Припять, г. Чернобыль, населенные пункты 30-ти км. зоны). Последующие экспертизы подтвердили необходимость и своевременность эвакуации. Катастрофа в Чернобыле показала, что потери при аварии на ядерном энергетическом реакторе на несколько порядков превышают потери при аварии на энергетической установке такой же мощности, использующей ископаемое топливо.

Рядом исследователей США было установлено, что с мая по август 1986 года, наблюдался значительный рост общего числа смертей среди населения, высокая младенческая смертность, а также пониженная рождаемость, не исключено что связанные с высокой концентрацией радиоактивного йода-131 из чернобыльского облака, накрывшего США. За четыре летних месяца возросло количество смертей от пневмонии, разных видов инфекционных заболеваний, СПИДа по сравнению со средним числом смертей за этот период в 1983-85 годах. Все это с высокой статистически достоверной вероятностью связано с поражением иммунной системы чернобыльскими выбросами. Такой же точной статистики нет и для большинства других стран, исключая Германию. На юге Германии, где чернобыльские выпадения были особенно интенсивными, младенческая смертность возросла на 35%. Число жертв и количество эвакуированных жителей увеличивается, расширяется зона загрязнения в результате перемещения радиоактивных веществ ветром, при пожарах, с транспортом и т. п.

Защитные меры по предупреждению облучения щитовидной железы своевременно реализованы не были. С конца мая 1986 года началась интенсивная реализация защитных мер в так называемой зоне жесткого контроля (270 тыс. жителей Киевской, Житомирской, Гомельской, Могилевской и Брянской областей). В ряде стран Европы (Польша, Венгрия, Австрия, Германия, Великобритания) в 1986 году также реализовывались защитные меры, главным образом в сельском хозяйстве (контроль и бракераж сельхозпродукции).

Уже в 1986 году было принято решение о создании единой системы медицинского наблюдения за лицами, подвергшимися облучению в результате аварии. До конца 80-х годов защитные мероприятия были расширены на территории с плотностью загрязнения почвы цезием более 5Ки/км2, а затем и 1Ки/км2. По отношению к территориям так называемой зоны жесткого контроля (свыше 15 Ки/км2) был поставлен вопрос об их полном выселении.

К весне 1989 года количество участников работ по ликвидации последствий аварии в СССР оценивалось в 250 тыс. человек. В последующем оно многократно возросло за счет включения в это числе лиц из населения.

В конце 80-х годов был реализован масштабный Международный Чернобыльский проект, в котором приняли участие практически все ведущие ученые мира. В выводах проекта указывалось, что «в будущем будет иметь место избыток случаев радиогенного рака щитовидной железы,... и … статистическое установление случаев опухолей щитовидной железы». В отношении иных онкологических заболеваний и наследственных эффектов указывалось, что «будет трудно различить будущие увеличения по сравнению с естественными случаями заболевания раком». В отношении предпринимаемых в те годы защитных мер в выводах указывалось, что меры по переселению жителей и ограничению потребления загрязненных продуктов питания носят чрезмерных характер. Все эти рекомендации были фактически проигнорированы руководством трех республик.

После принятия соответствующих чернобыльских законов в 1991 году, охвативших все территории с плотностью загрязнения выше 1 Ки/км2, число пострадавших от Чернобыля начало исчисляться миллионами. На подавляющем большинстве территорий, считающихся радиоактивно загрязненными радиационная обстановка в настоящее время стабильно нормальная, а дозы дополнительного облучения за весь после чернобыльский период не превышают годовой дозы фонового облучения. Загрязненность большинства продуктов питания такова, что дополнительная доза облучения при их потреблении не превышает нескольких мЗв, то есть находится в пределах колебаний естественного фона. Международная комиссия радиологической защиты рекомендует вводить ограничения на потребление продуктов питания при величине предотвращенной дозы порядка 100 мЗв (российские санитарные нормы установлены исходя из величины 1 мЗв/год).

В когорте ликвидаторов выявлено 145 лейкозов (вероятность смерти от лейкоза достигает 90%), из которых около 60 обусловлены радиационным фактором. Пик заболеваемости лейкозами среди ликвидаторов был зафиксирован в 1992-1995 годах. Аналогичный эффект зафиксирован национальными чернобыльскими регистрами Белоруссии ,России и Украины. После 1996 года показатель заболеваемости лейкозами среди ликвидаторов постоянно уменьшается и приближается к спонтанному уровню.

У ликвидаторов выявлено 55 случаев заболевания раком щитовидной железы, из которых 12 отнесены к воздействию радиационного фактора (на современном уровне медицины вероятность смерти от рака ЩЖ менее 3-5%).

Рост заболеваемости населения лейкозами и другими формами рака, обусловленный радиационным воздействием времени не наблюдается.

Для населения подтвердился неблагоприятный прогноз по раку щитовидной железы. Среди детей (на момент аварии на ЧАЭС) выявлено 170 раков щитовидной железы, из которых около 55 с высокой вероятностью обусловлено радиационным воздействием иода-131. Всего за загрязненных территориях Белоруссии, Украины и России выявлено 1800 случаев рака щитовидной железы. Вопрос о том, какая их доля относится к радиационно индуцированным, остается открытым.

При значительных дозах радиационных воздействий в живых организмах, разумеется, возникают повреждения биологических структур. За многие годы исследований биологических эффектов при значительных дозах ионизирующих излучений были выявлены детерминированные соматические эффекты, приводящие к гибели клеток из-за значительной ионизации и разрушений структур молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты -- ДНК клеток, проявляющие себя в виде нарушений функций органов. Эти эффекты возникают обычно в виде симптомов острых отравлений и не фиксируются при нагрузках ниже некоторых пороговых значений. При малых дозах облучения, например меньших ~0.25 Зв, никакие внешние проявления облучения в органах или тканях организма человека не наблюдаются, происходит накопление радиационных дефектов в клеточных структурах и, несмотря на интенсивное функционирование систем восстановления и компенсации, развиваются онкологические и наследственные эффекты, вероятность которых растет с величиной дозы. Эти стохастические эффекты представляют главную опасность для населения и профессионалов-специалистов по радиационной технике. Важно, что для стохастических эффектов имеет значение не только величина полученной дозы облучения, но и длительность процесса облучения, то есть интенсивность радиации.

Именно при малых интенсивностях дозы могут в полной мере проявиться репарационные возможности живых организмов и за счет существенного удлинения латентного периода опасные стадии болезни могут выйти за пределы обычной длительности жизни. Так, в книге Г. Дэвидсона «Биологические эффекты при облучении гамма-радиацией всего тела человека», опубликованной в 1957 г. в США, говорится: «...Хотя мгновенная доза гамма-радиации 600 бэр приведет к 100%-ной смертности всех облученных, эта же доза, полученная в течение длительного периода времени и соответственно при уменьшенной интенсивности радиации, не приведет ни к одной смерти вообще».

Среди специалистов продолжаются дискуссии, связанные с научной неопределенностью в вопросе существования неонкологических эффектов радиации. Например, определяя непосредственное влияние тех или иных доз радиации, ученые получили, что облучение мужчин дозой порядка 1,0 Зв вызывает появление до тридцати наследственных аномалий на каждые десять тысяч их потомков. Для женщин это число меньше - около двенадцати - из-за большой устойчивости их половых клеток к действию радиации. Конкретно для жителей Припяти (средняя доза 0,13Зв) это означает 7-46 дополнительных наследственных аномалий на десять тысяч их детей, для строителей саркофага (средняя доза 0,35 Зв)-17-121 случай, для сотрудников Чернобыльской АЭС (средняя доза 0,47 Зв)-24-166 случаев наследственных аномалий из-за радиации. Были также определены размеры генетического риска, которые используют общую дозу облучения всех пострадавших в Чернобыльской аварии - 600 тысяч человек/Зв. По этим расчетам, ожидаемый генетический риск а первом поколении составит 1200-8300 случаев для всех пострадавших стран (в том числе 480-3300 случаев для государств, входивших в состав бывшего Советского Союза).Результаты прогнозов, естественно, приближенны и весьма условны. Однако надо помнить, что эти расчеты учитывали только отдельные серьезные наследственные нарушения, которые составляют лишь 2,5% от всей выявленной в настоящее время наследственной патологии человека. Но эти цифры означают, что в первом поколении - двадцать лет спустя после Чернобыльской аварии - каждые три дня в Белоруссии, России и на Украине рождается больной ребенок, потому, что его отец или мать были облучены. Если дети облученных родителей, больные или здоровые, будут жить на загрязненных территориях и в течении своей жизни получат дополнительный к естественному уровень облучения, то у их детей будет еще больший риск наследственных заболеваний.

Показатели инвалидности ликвидаторов очень высоки, за период с 1991 по 1994 годы они выросли в 6.6 раза, с 1994 по 1997 годы -- в 1.6 раза. На сегодня 27% ликвидаторов имеют инвалидность. Это очень высокий процент, если учесть, что средний возраст ликвидаторов в настоящее время составляет 48-49 лет.

Последствия аварии не исчерпываются чисто радиологическими. Они намного разнообразнее и сложнее. Многолетний стресс, которому оказались подвержены и население, и ликвидаторы, частые самоограничения в потреблении ценных продуктов питания, обусловленные боязнью употребления радионуклидов, заметно более низкий, чем на незагрязненных территориях, уровень жизни вместе с повышенным вниманием медиков привели к тому, что многие показатели заболеваемости и здоровья населения и ликвидаторов ухудшились.

Констатация того, что наиболее тяжелые последствия аварии реализовались не в радиологических проявлениях, а в социально экономической сфере опирается на более чем пятнадцатилетний опыт масштабных исследований. Это принципиально важное положение зафиксировано в докладе оценочной миссии ООН («Гуманитарные последствия Чернобыльской ядерной аварии - стратегия выживания», 2002 г.).

В последние годы усилия профессионального радиологического сообщества по корректировке официальной позиции государства в оценке последствий аварии стали приносить свои плоды. Руководители заинтересованных министерств и ведомств сегодня официально подтверждают ограниченный характер радиологических последствий аварии.

4. Оценка риска от АЭС

Риск есть вероятность причинения вреда. Количественно считать риск неблагоприятных последствий своих действий люди стали недавно, больше полагаясь на житейский опыт и интуицию.

Но при этом интуитивным, иррациональным остаётся восприятие риска - отношение людей и общества к риску. Восприятие риска связано не только с оценкой уровня риска, но зависит от многих других факторов: катастрофичности событий, знакомства людей с опасным явлением, пониманием явления простыми людьми, неопределённости последствий, контролируемости событий, добровольности принятия решений, воздействия на детей, обратимости событий, доверия к лицам, ответственным за риск, внимания СМИ, предшествующей истории, справедливости - равномерности распределения риска, пользы (выгоды) для рискующего, личной вовлечённости людей, происхождения риска (природный или от деятельности человека).

Простейший пример: гибель 33000 россиян в автомобильных авариях на дорогах страны в течение 2003 года воспринята населением без особых эмоций, но если бы гибель 33000 россиян произошла в один день 2003 года в одной аварии - отношение было бы совсем иное. С недавних пор надёжными количественными оценками риска заинтересовались страховые компании: сколько просить с нас за страховой полис, например, за полис автогражданки? Или сколько стоит страхование Балаковской АЭС от рисков аварий?

Доказательства безопасности - расчёты. Расчётные доказательства безопасности энергоблока строятся на исследовании поведения модели энергоблока или его основных частей в различных «расчётных» авариях. Заранее задаются критерии успешного завершения аварии - скажем, достижение устойчивого состояния при низких параметрах - температуре и давлении, при отсутствии расчётного повреждения топлива (т. е. расчётная температура топлива в процессе аварии не превысила критической отметки).

Есть расчётные модели особого рода, оперирующие не с параметрами, а с событиями, рассчитывающими не температуры и давления, а вероятности разных сложных событий. Соответственно, исходными данными служат вероятности простых событий - разных отказов оборудования или вероятности ошибок персонала.

Решения получаются в таком виде: например, если что-то на Балаковском (РФ) энергоблоке произойдёт, то с вероятностью примерно 99.989 % энергоблок будет безопасно остановлен, а с вероятностью 0.011 % топливо может быть повреждено. Следует иметь в виду, что слова «если что-то произойдёт» означают какой-либо крупный отказ, требующий останова энергоблока, а такие события редки. Кроме того, повреждение топлива ещё не означает выхода радиоактивности в окружающую среду - топливо находится в реакторе с герметичным первым контуром, реактор расположен внутри специальной герметичной оболочки, препятствующей распространению радиоактивности наружу. И вероятность выхода радиоактивности в окружающую среду ещё в несколько раз ниже. С учётом вероятности самого «если что-то произойдёт», для Балаковской АЭС рассчитаны риски причинения вреда имуществу (повреждение топлива и, возможно, оборудования), риски причинения вреда окружающей среде (выброс радиоактивности из-за повреждения топлива и прохода радиоактивности мимо гермооболочки), риски причинения прямого вреда жизни населения БМО (Балаковского муниципального образования). Эти расчёты выполнялись специалистами двух московских институтов. При этом учитывались необходимые действия властей по защите населения. Эти риски из-за их величины следует назвать остаточными. Они являются одними из немногих прямых количественных показателей безопасности АЭС.

В интернет-источниках приводится чаще всего оценка "риска" в год для среднестатистического жителя Балаковского муниципального образования (БМО). Считаю, обоснованным проанализировать приведенные данные в своем реферате, как показатель вероятной экологической катастрофы в плане медицинского аспекта. Ниже приведена сравнительная характеристика усреднённых за 2000-2002 годы по фактическим данным «бытовых рисков» для жителей Балаковского муниципального образования (БМО) и прогноз «атомного риска» от Балаковской АЭС. Термины взяты в кавычки, поскольку это не строгое определение, а отношение числа летальных исходов за год к числу жителей БМО.)

Новообразования (спонтанный рак) - 0.0020

Туберкулёз - 0.00013.

Несчастные случаи, всего - 0.0022.

В том числе ДТП - 0.00019.

Самоубийств - 0.00040.

Убийств - 0.00035.

Несчастных случаев с огнем - 0.00012.

Утоплений - 0.00018.

Отравлений алкоголем - 0.00014.

"Атомный риск" - 0.00000002.

Отсюда видно, в чём заключаются основные опасности нашей жизни.

В соответствии с нормами радиационной безопасности Республики НРБ-2002 (основанными на мировой практике) риск в одну миллионную считается приемлемым. У нас «атомный риск» ещё в 50 раз ниже.

Отсюда вывод: Балаковская АЭС удовлетворяет определению закона о техническом регулировании о безопасности - неприемлемый риск отсутствует.

Такого рода расчётам рисков посвящён так называемый вероятностный анализ безопасности - метод комплексной оценки безопасности.

Комплексной - учитывающей всевозможные пути развития аварий, сопровождающихся отказами оборудования и ошибочными действиями людей. Метод уже довольно широко применяется в атомной энергетике разных стран мира, особенно в США. Сегодня в странах СНГ подобные методы начинают применяться и в оценке безопасности других производств - у нефтяников и химиков. Тем более что серьёзных оценок риска теперь требует закон.

Вероятностные модели объекта (например, энергоблока АЭС) и применяемые программные средства предоставляют много другой полезной информации. Например, компьютер в считанные минуты даёт количественный ответ, как сильно влияет конкретный отказ оборудования или неправильное действие человека на риск повредить топливо в реакторе - можно сортировать отказы по важности и уделять больше внимания предупреждению важных отказов.

В США на многих АЭС учитывают в реальном времени, как влияют переключения в важных технологических системах на риск повредить топливо. В соответствии с недавно утверждённой отраслевой программой работ на АЭС в России тоже, начиная с 2009 года, будет постепенно внедряться такой метод слежения за риском.

Оценка риска повредить топливо и риска упустить при этом радиоактивность в окружающую среду выполнена и для проекта достройки энергоблока № 5 Балаковской атомной станции. Проектируемые изменения в системах безопасности в десять раз понизили риск. То есть на фоне четырёх энергоблоков пятый энергоблок не добавит в общий риск от АЭС практически ничего.

5. Здоровье в зоне АЭС

В Российской Федерации в 2008 году стартовало интересное исследование - "Мониторинг состояния здоровья населения, проживающего в зоне наблюдения АЭС". Его первые результаты, а также перспективы обсуждались на заседании Пятого научно-технического совета Минатома России ("Человек и экология в ядерно-топливном цикле. Проблемы ядерной и радиационной безопасности"). Отчетный доклад представили академик РАМН д.м. н. Л.А. Булдаков и к.м. н. П.В. Ижевский. Мониторинг проводится силами специалистов ГНЦ "Институт биофизики" на средства, выделяемые концерном "Росэнергоатом".

Принципы и методы мониторинга были разработаны на основе уникального опыта, накопленного в ГНЦ ИБФ, под методическим руководством академика РАМН Л.А. Ильина. Объект исследования - люди, проживающие рядом с атомными электростанциями в тридцатикилометровой зоне наблюдения. Смысл исследования - оценить, насколько влияет на их здоровье близость АЭС.