Екологічний аспект атомних електростанцій

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки україни

Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Факультет електроенерготехніки та автоматики

Кафедра автоматизації енергосистем

Реферат

Екологічний аспект атомних електростанцій

Роботу виконав

студент першого курсу

очного відділу

Гараган Костянтин Михайлович

Перевірив

доц. Троценко Є.О.

Київ 2017

Стислі наукові поняття

Радіація - це вид випромінення, який змінює стан ядер або атомів, перетворюючи на електрично заряджені іони і продукти ядерних реакцій. Різні види випромінення відрізняються різною проникаючою здатністю.

Іонізація - це акт поділу електрично нейтрального атома на дві протилежно заряджених частинки.

Іонізуючим випромінюванням називається будь-яке випромінювання, яке викликає іонізацію середовища. Воно поділяється на два види: електромагнітне, до якого належать ультрафіолетове, рентгенівське і у-випромінювання, та корпускулярне (а, в, нейтрони, протони).

Альфа-випромінення - потік позитивно заряджених частинок (ядер атомів гелію), що рухаються зі швидкістю близько 20 000км/сек. Альфа-випромінення поглинається аркушем паперу, майже не проникає через шкіру людини. Але воно є небезпечне, при потраплянні частинки всередину організму з їжею, повітрям або через рани завдяки найбільшій іонізуючій здатності. Пробіг альфа-частинки в повітрі становить до 11см, в м'яких тканинах людини становить лише кілька мікрон.

Бета-випромінення - потік негативно заряджених частинок (електронів), їх швидкість близька до швидкості світла. Бета-випромінення може проникнути у тканини організму на глибину один-два сантиметри. Захистом від цього є звичайний одяг. Бета-частинки мають різну енергію, тому їхній пробіг в повітрі є не однаковий: від кількох метрів до сантиметра.

Гамма-випромінення - це короткохвильове електромагнітне випромінення. За властивостями воно близьке до рентгенівського, але наділене значно більшою швидкістю і енергією та поширюється зі швидкістю світла. Також ці промені наділені найменшою іонізуючою здатністю. Гамма-випромінення має велику проникаючу здатність, тому послаблюється лише стінами будинків чи металевими конструкціями.

Природний радіаційний фон формується під впливом космічного випромінювання. Природна радіоактивність також зумовлена наявністю в земній корі, ґрунті, повітрі, воді, рослинах і тваринних організмах радіоактивних ізотопів.

Штучна радіоактивність. Даний вид радіоактивності є результатом свідомої діяльності людини . Це випробування ядерної зброї, ядерні реактори, прискорювачі, заводи з переробки та збагачення уранових руд, заводи з виробництва ядерного палива, АЕС, ракетні ядерні установки, науково-дослідницькі заклади відповідного профілю, техногенні аварії і катастрофи. Внаслідок цього, звичайно, поступово збільшується і радіаційний фон Землі.

Міжнародна одиниця вимірювання радіоактивності - Беккерель (1 Бк = один розпад за секунду). Частіше використовують позасистемну одиницю активності - Кюрі (1 Кі = 3,7·10¹⁰ Бк).

Дія випромінювань на живі організми характеризується дозою випромінювання.

Поглиненою дозою випромінювання називається відношення поглиненої енергії іонізуючого випромінювання до маси опромінюваної речовини і визначається в Греях.

Іонізуюче випромінювання шкідливо впливає на біологічні об'єкти: воно викликає порушення процесів клітинного поділу, дуплікації генетичного матеріалу, що призводить до серйозних захворювань. Природний фон радіації для людини складає до 2·10^-3 Гр на рік. Доза понад 3 Гр, одержана за короткий термін, смертельна.

Ступінь біологічного впливу іонізуючих променів залежить від поглинання живою тканиною енергії від іонізації молекул, що виникає при цьому.

Розрізняють експозиційну, поглинуту та еквівалентну дози іонізуючого випромінювання.

Експозиційна доза характеризує іонізуючу здатність випромінювання в повітрі. За одиницю дози в системі СІ прийнято Кл/кг (кулон/кг) - це така доза випромінювання, при якій в 1 кг сухого повітря виникають іони, які несуть заряд в І купон електрики кожного знаку.

Поглинута доза характеризує енергію іонізуючої речовини, яка поглинута одиницею маси опроміненого середовища. Величина дози, що одержана людиною, залежить від виду випромінювання енергії його часток, щільності потоку та тривалості впливу випромінювання. Одиниця випромінювання поглинутої дози - Грей.

Еквівалентна доза визначає біологічний вплив різних іонізуючих випромінювань на організм людини і є мірою для оцінки небезпеки шкоди здоров'ю людини. Еквівалентна доза вимірюється в Зівертах.

Атомна енергетика

Принцип дії АЕС

Головний елемент будь-якої АЕС - це ядерний реактор, в якому відбуваються всі основні процеси. В основі роботи атомної електростанції лежить потужна реакція, яка виникає при розподілі ядра атома. У цьому процесі найчастіше беруть участь атоми урану-235 або ж плутонію. Ядро атомів ділить нейтрон, що потрапляє в них ззовні. При цьому виникають нові нейтрони, а також осколки поділу, які мають величезну кінетичну енергію. Якраз ця енергія і виступає головним і ключовим продуктом діяльності будь атомної станції. Але для запобігання вибуху така реакція має бути керованою. Це здійснюється за допомогою спеціальних регулюючих стрижнів із речовини, добре поглинаючої нейтрони. Завдяки постійному контрол ядерної реакції кількість нейтронів, що вступають у реакцію, підтримується на безпечному рівні. Чим глибше занурені стрижні в активну зону реактора, тим менше там нейтронів, спроможних продовжувати реакцію і виділяти тепло, і навпаки. Не випадково в аварійній установці реактора передбачені аварійні стрижні: вони швидко падають в активну зону, і відбувається повне припинення ядерної реакції. Ядерне паливо (як правило, найчастіше це уран) у вигляді невеликих чорних таблеток подається в цей величезний котел. Енергія, що виділяється під час реакцій, що відбуваються в атомному реакторі, перетворюється в тепло і передається теплоносію (як правило, це вода). Варто відзначити, що теплоносій при цьому процесі отримує і деяку дозу радіації. Далі тепло з теплоносія передається звичайній воді (за допомогою спеціальних пристроїв - теплообмінників), яка в результаті цього закипає. Водяна пара, який при цьому утворюється, обертає турбіну. До останньої приєднаний генератор, який і генерує електричну енергію. Таким чином, за принципом дії АЕС - це та ж теплова електростанція. Різниця лише в тому, яким способом утворюється пара.

Структурна схема АЕС

Екологічні проблеми експлуатації АЕС

Окрім плюсів з економічної точки зору у використанні АЕС є і мінуси в екологічному плані: такі як забруднення біосфери малими дозами радіації, зберігання ТВЕЛів та інше. Щодоби з реактора просочуються канцерогенні та мутагенні матеріали. Вони підвищують фоновий рівень радіації, вплив її здійснюється постійно, збільшуючи ризик появи ракових і генетичних захворювань.

Також важливе забруднення харчового ланцюга. Радіоактивний матеріал потрапляє до рік, озер, океанів, де його поглинають риби, підвищуючи його концентрацію у своїх тілах в тисячу разів. Забруднена вода і ґрунт усмоктується рослинами, концентруючи в них токсичні речовини. Це, в свою чергу, призводить до забруднення молока і м'яса, оскільки забрудненою травою живиться худоба.

Важливою проблемою атомної енергетики є поховання радіоактивних відходів. Кожний реактор виробляє тисячі тонн таких відходів, деякі з них лишаються небезпечними впродовж 500 тис. років. Кожна АЕС рано чи пізно сама перетворюється на радіоактивні відходи: вік її експлуатації сягає близько 30 років, бо вона стає надто радіоактивною для того, щоб продовжувати її експлуатацію або ремонтувати. Після цього її необхідно демонтувати і складові заховати, або ж поховати весь комплекс під тоннами землі та бетону, перетворивши на радіоактивний мавзолей на сотні тисяч років, який вимагає постійного контролю.

Вплив радіації на екосистеми та людей

Збільшення потужності дози радіації призводить до посилення трансформації біоценозів і, зрештою, екосистеми

Трансформація екосистем зі збільшенням потужності дози опромінення

Рослини мають різну чутливість до дії іонізуючого випромінювання. Уповільнення росту та часткове відмирання нестійких і пошкоджених видів рослин свідчить по значну потужність дози опромінення цієї екосистеми. Тварини на вплив радіації реагують значно чутливіше, ніж рослини, причому на різних стадіях їхнього розвитку по-іншому. Небезпека опромінення зменшується від вищих хребетних тварин до нижчих і комах й одноклітинних.

Однак сучасні уявлення про механізми впливу малих доз радіації на екосистеми заперечують раніше поширене твердження, що інтенсивний радіаційний вплив викликає відповідну реакцію і відповідь екосистеми, і, навпаки, за слабкої дії радіації екосистеми зазнають незначних їх впливів. Слабкі, проте постійні радіаційні впливи на екосистеми можуть спричинити значні екологічні ефекти.

Спосіб радіаційного впливу, коли екосистема отримує дозу за період, що значно перевищуює тривалість гострого опромінення, а під час опромінення її стан функціонування екосистеми може істотно змінюватися, називають пролонгованим. Пролонговане опромінення буває безперервним і фракціонованим. Якщо екосистема зазнає дії радіації протягом усього часу існування, то таке опромінення є хронічним.

На людей радіація впливає наступним чином: іонізуюче випромінювання, проходячи через біологічні тканини, викликає їх іонізацію, призводить до утворення позитивних і негативних іонів та складних фізико-хімічних процесів, функціональних та морфологічних змін. Молекули води, що входять до складу тканин та органів, розпадаються, утворюючи вільні атоми та радикали, які мають велику окислювальну здатність, що пошкоджує клітини й порушує нормальний біологічний процес у живій тканині.

Залежно від поглинутої дози ці зміни можуть бути зворотними й незворотними. При невеликій дозі, пошкоджені тканини відновлюють свою функціональну діяльність, а значна доза викликає незворотні пошкодження окремих органів або всього організму.

Молоді особи більш чутливі до опромінення, ніж люди середнього віку. Людина найбільш стійка до опромінення у віці 25-30 років.

Ураження людини внаслідок іонізуючого випромінювання називається променевою хворобою. Променева хвороба може бути гострої і хронічної форми.

Гостра форма променевої хвороби може виникати при одноразовому зовнішньому опроміненні. Хронічна розвивається при тривалому опроміненні відносно малими дозами.

Надходження радіоактивних речовин в організм можливе при диханні забрудненим повітрям, через шлунково-кишковий тракт і шкіряний покрив.

Небезпека внутрішнього опромінення є значно вищою, ніж зовнішнього, оскільки джерело опромінення впритул наближене до опроміненого органу.

Окремі радіоактивні речовини мають властивість вибірково акумулюватись у тих чи інших органах, а також вибірково діяти на різні органи людини. У зв'язку з цим введене таке поняття, як критичний орган.

Критичним органом називається орган або частина тіла, опромінення якого за даних умов, завдає найбільшої шкоди здоров'ю людини.

Однак одним з найбільших ефектів опромінення всього живого на планеті, у тому числі й людину, виявилося руйнування молекул білка і утворення нових, нехарактерних цим організмам молекул. У разі сильної дії радіації на організм людини в її тілі не встигають створюватися антитіла, необхідні для боротьби з чужими білковими утвореннями, і розвивається захворювання, яке називається лейкоз або лейкемія - пухлинне ураження крові.

Іншим небезпечним наслідком опромінення людини під час отримання малих доз радіації є рак - злоякісне новоутворення в її організмі. Найпоширенішими видами ракових хвороб є рак молочної і щитовидної залоз. Рак інших органів і тканин серед опроміненого населення трапляється значно рідше. Навіть найменша доза збільшує імовірність захворювання раком, а будь-яка додаткова доза опромінення суттєво збільшує таку вірогідність.

Найстрашнішим для майбутнього людства вважається свідчення того, що радіаційні порушення (генні, хромосомні і геномні мутації) передаються спадково протягом багатьох наступних поколінь. Близько 10% новонароджених мають всілякі генетичні дефекти, різною мірою спричинені впливом радіоактивного випромінювання. Опромінення прискорює процес старіння людини, а отже, зменшує тривалість її життя.

Шляхи забезпечення радіаційної безпеки

Радіаційна безпека -- це комплекс заходів, що спрямовані на обмеження опром інення населення та запобігання виникненню його ранніх та віддалених наслідків.

Радіаційна загроза при роботі з джерелами іонізуючих випромінювань полягає в тому, що зовнішнє та внутрішнє опромінення організму чинить на внутрішньоклітинні структури, особливостями якого є невідчутність для людини, наявність певного латентного періоду проявів біологічного ефекту та ефекту підсумування поглинутих доз.

Головними наслідками впливу іонізуючого випромінювання на людину є порушення обміну речовин у біологічних системах, морфологічні та функціональні зрушення, променеві ураження організму.

Протирадіаційний захист -- це комплекс законодавчих, організаційних, санітарно-гігієнічних, санітарно-технічних та медичних заходів, що забезпечують безпечні умови праці персоналу під час роботи з радіонкулідами та іншими джерелами іонізуючих випромінювань.

Радіаційний контроль -- це один з основних принципів протирадіаційного захисту, метою якого є контроль за дотримуванням норм радіаційної безпеки, вимог санітарних правил роботи з радіонуклідами та іншими джерелами іонізуючого випромінювання, надання інформації про опромінення персоналу.

Основні принципи протирадіаційного захисту:

гігієнічне нормування;

проведення попереджувального та поточного санітарного нагляду;

виробниче навчання, санітарна освіта;

організація радіаційного та медичного контролю.

У наш час з приростом населення планети зростає також потреба в електроенергії. Через те, що запасів органічного палива вистачить на 100-150 років, людство має шукати певний компроміс. Він і був знайдений в обличчі атомної енергетики, ресурсів якої вистачить мінімум на 300 років. За рахунок значної кількості енергії, що виділяється при поділі ядерного палива навіть при відносно малому ККД АЕС (33%) вона видає більше енергії ніж інші станції разом узяті, що й зумовлює дешевизну електроенергії з АЕС. Але при цьому значних змін зазнають як самі люди, так і екосистема - росте ризик онкозахворювань, скорочується продовжуваність життя, росте безпліддя, частіше відбуваються мутації плоду, дитяча смертність(після аварії на ЧАЕС дитяча смертність у Німеччині зросла на 35%) та ін. Суттєві проблеми також з захороненням ТВЕЛів. Також не варто забувати про Чорнобильську АЕС. Саме завдяки аварії людство рішуче змінило курс від атомної енергетики до більш безпечних джерел енергії(такі, як альтернативні). Тож, підсумовуючи усе вищесказане, можу ствердити, що атомна енергетика - лише тимчасове явище, оскільки людство буде шукати більш безпечні джерела енергії. Україна також має проявити в цьому значну ініціативу через те, що у більшості енергоблоків України до 2020 року закінчується проектний термін експлуатації, і подальше їх навантаження може призвести до непередбачуваних наслідків.

іонізація середовище протирадіаційний захист

Размещено на Allbest.ru