XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

По сей день проблема атомной энергетики остается актуальной. Существует различное влияние на жизнь и здоровье людей, воздействие на окружающую среду. Есть различные параметры оценивания воздействия и степень опасности данного воздействия, все это изложено в моем реферате.

Целью работы является анализ проблемы атомной энергетики и влияния на человека и окружающую среду.

Основные задачи данной работы:

изучение теоретической информации о проблематике атомной энергетики и ее влияния на человека и окружающую среду;

поиск актуальных сведений по данной теме.

Глава 1. История атомной энергетики и принцип работы

1.1.Принцип работы АЭС

Для того, чтобы говорить об атомной энергетике необходимо понимать, что такое ядерные реакции. Протоны, нейтроны, альфа- и бета-частицы, ядра водорода могут существовать вне ядерных структур. Ядра, двигаясь в пространстве, приближаются к другим ядрам и взаимодействуют в реакции. При этом частицы могут изменять направление движения и отдавать ядру часть кинетической энергии. Такое взаимодействие называют ядерной реакцией. Реакция без проникновения во внутрь ядра называется упругим рассеиванием. После того, как ядро захватило частицу, оно переходит в возбужденное состояние. Выходом из состояния возбуждения является испускание какой-либо частицы и гамма-квант, или разделение на две неравные части. В конечном результате реакции-захват, неупругое рассеивание, деление, ядерное превращение с испусканием протона или альфа-частицы. [3]

Атомная электростанция представляет собой обширный комплекс систем, устройств, различного оборудования и сооружения, предназначение которого состоит в производстве электрической энергии. В качестве топлива на атомных электростанциях используют уран-235. Атомную электростанцию от других электростанций отличает наличие ядерного реактора.

Основным элементом реактора является активная зона. Она размещена в бетонной шахте. Обязательными компонентами любого реактора являются система управления и защиты, позволяющая осуществлять выбранный режим протекания управляемой цепной реакции деления, а также система аварийной защиты – для быстрого прекращения реакции при возникновении аварийной ситуации. Все это смонтировано в главном корпусе.

Есть также второе здание, где размещается турбинный зал: парогенераторы, сама турбина. Далее по технологической цепочке следуют конденсаторы и высоковольтные линии электропередач, уходящие за пределы площадки станции.

На территории находятся корпус для перегрузки и хранения в специальных бассейнах отработавшего ядерного топлива. Кроме того, станции комплектуются элементами оборотной системы охлаждения – градирнями (бетонная башня, сужающаяся кверху), прудом-охладителем (естественный водоем, либо искусственно созданный) и брызгальными бассейнами [8].

На атомных электростанциях происходит три взаимных преобразования форм энергии.

1. Сначала происходит переход из ядерной энергии в тепловую энергию. Основой АЭС является атомный реактор, представляющий собой объемную конструкцию, куда выгружается ядерное топливо,  где протекает управляемая цепная реакция. Уран-235 делится медленными (тепловыми) нейтронами. Результатом данного процесса является выделение колоссального количества тепла.

2. Вторым этапом получается переход тепловой энергии в механическую энергию. Из активной зоны реактора тепло отводится теплоносителем (жидким или газообразным веществом), проходящим через ее объем. Данная тепловая энергия используется для получения водяного пара в парогенераторе.

3. Третьим этапом служит переход из механической энергии в электрическую. Механическая энергия образовавшегося пара направляется к турбогенератору, где она превращается в электрическую и дальше по проводам поступает к потребителям [7].

Рис.1. Принцип работы АЭС.

1.2. Становление атомной энергетики в Мире

Атомную (ядерную) энергетику можно рассматривать как одну из важных подотраслей мировой энергетики, которая во второй половине XX в. стала вносить существенный вклад в производство электроэнергии. Особенно это относится к тем регионам планеты, где нет или почти нет собственных первичных энергетических ресурсов. По себестоимости вырабатываемой электроэнергии современные АЭС уже вполне конкурентоспособны в сравнении с другими типами электростанций. В отличие от обычных ТЭС, работающих на органическом топливе, они не выбрасывают в атмосферу парниковые газы и аэрозоли, что тоже является их достоинством [1].

На протяжении последних десятилетий мировая атомная энергетика превратилась в крупную отрасль, важную составную часть мирового хозяйства.

Первые программы быстрого роста атомной энергетики были разработаны еще в 50—60-е гг. XX в. в США, Великобритании, СССР, затем в ФРГ, Японии. Но в большинстве своем они не были выполнены. Это объяснялось, прежде всего, недостаточной конкурентоспособностью АЭС по сравнению с тепловыми электростанциями, работающими на угле, мазуте и газе.

С началом мирового энергетического кризиса, который привел к резкому подорожанию нефти, да и других видов минерального топлива, по-новому поставил вопросы надежности энергоснабжения, шансы атомной энергетики быстро возросли. В первую очередь это относилось к странам, не обладавшим большими ресурсами нефти и газа, а иногда и угля, – Франции, ФРГ, Бельгии, Швеции, Финляндии, Японии, Республике Корея. Однако крупные программы развития атомной энергетики были приняты также и в таких богатых минеральным топливом странах, как США и СССР.

В конце 1970-х гг. большинство западных экспертов считало, что к началу XXI в. мощность АЭС может достигнуть 1300–1600 млн кВт, или примерно половины суммарной мощности всех электростанций, а сами АЭС появятся в 50 странах мира. На X сессии МИРЭК обсуждался прогноз на 2020 г., согласно которому доля атомной энергетики в мировом потреблении топлива и энергии должна была составить 30 %.

Но уже в середине 1980-х гг. темпы роста атомной энергетики снова замедлились, в большинстве стран были пересмотрены и планы сооружения АЭС, и прогнозы. Объясняется это комплексом причин. Среди них – успехи политики энергосбережения, постепенное удешевление нефти и в особенности – переоценка экологических последствий сооружения АЭС. Эта переоценка произошла после аварии на американской АЭС «Три Майл Айленд» и в особенности после катастрофы на Чернобыльской АЭС в 1986 г., которая затронула 11 областей Украины, Белоруссии и России с населением 17 млн человек и привела к повышению уровня радиации в 20 странах в радиусе 2000 км от Чернобыля. На северо-западе радиоактивные осадки достигли северных районов Норвегии, на западе – р. Рейн, на юге – Персидского залива [1].

Вот почему в 1980-егг. сложилась совершенно новая ситуация, и развитие атомной энергетики мира в целом явно замедлилось. Правда, политика разных стран по отношению к данной отрасли оказалась отнюдь не одинаковой. С этих позиций их можно, пожалуй, подразделить на три группы.

К первой группе относятся, так сказать, страны-«отказники», которые вообще отменили свои атомные программы и приняли решение о немедленном или постепенном закрытии своих АЭС. Так, в Австрии была законсервирована уже готовая АЭС, построенная неподалеку от Вены. В Италии после референдума 1987 г. три АЭС были закрыты, а четвертая – почти завершенная – переоборудована в ТЭС. Польша прекратила сооружение АЭС в Жарновице. Практически были заморожены ядерные программы Швейцарии, Нидерландов, Испании. В Швеции в соответствии с результатами референдума правительство приняло решение закрыть до 2010 г. все 12 действующих атомных реакторов[4].

А ведь в этой стране АЭС дают более половины всей выработки электроэнергии, да и по производству «атомной» электроэнергии на душу населения она занимает первое место в мире.

Ко второй группе можно отнести страны, решившие не демонтировать свои АЭС, но и не строить новые. В эту группу попадают США и большинство стран зарубежной Европы, где в 1990-егг. фактически не было начато строительство ни одной новой атомной электростанции. В нее же входят Россия и Украина, которая сначала объявила мораторий на сооружение АЭС, но затем отменила его (независимо от этого Чернобыльская АЭС в 2000 г. благодаря специальным западным инвестициям была наконец-то закрыта). Нужно иметь в виду, что в некоторых странах второй группы, где новые АЭС действительно не сооружают, достройку действующих АЭС с пуском новых энергоблоков все-таки продолжают.

Рис. 2. Распределение мощностей АЭС по регионам и странам мира.

В третью группу, не очень многочисленную, входят страны, которые несмотря ни на что по-прежнему осуществляют свои широкомасштабные атомно-энергетические программы (Франция, Япония, Республика Корея) или принимают их заново (Китай, Иран).

Самая "ядерная" страна сегодня - Литва: 80% ее энергетики обеспечивается за счет расщепления атома. Но если в бывшей советской республике просто не нашлось других сильных производств, то настоящий лидер индустрии - Франция. Французы вырабатывают на АЭС 78% своей энергии и являются самыми крупными ее экспортерами.

Общая мировая ситуация в атомной энергетике на начало XXI в. может быть охарактеризована при помощи следующих главных показателей. В 31 стране на 248 АЭС в эксплуатации находится 441 промышленный атомный энергоблок суммарной установленной мощностью более 354 млн кВт. Такие энергоблоки вырабатывают 18 % всей производимой в мире электроэнергии. В стадии строительства находятся еще примерно 40 энергоблоков мощностью 35 млн кВт [1].

Глава 2. Актуальность атомной энергетики в XXI веке

2.1. Актуальность и перспектива атомной энергетики России

На данный момент происходит большое количество споров о том, актуальна ли и безопасна атомная энергетика.

Перспективы российской атомной энергетики Как итог, можно выделить основные направления развития российской атомной энергетики. Самой главной задачей атомной энергетики останется повышение уровня безопасности АЭС и всей топливной инфраструктуры. В технико-технологической части, прежде всего, необходима модернизация и продление сроков эксплуатации действующих АЭС и энергоблоков, а также повышение эффективности их эксплуатации и КПД. Во-вторых, это освоение новых реакторных технологий, замещение отслуживших срок и выводимых из эксплуатации энергоблоков реакторами нового поколения. Третье, это создание производственной цепочки по переработке радиоактивных отходов (РАО) и системы обращения с отработанным облучённым ядерным топливом (ОЯТ) [9].

В перспективе важной задачей станет формирование замкнутого топливного цикла, включая рециклинг ядерного топлива и переработку отработанного топлива. Четвертое: требуется развитие внутреннего рынка энергии АЭС и всей электроэнергии, использование современных экономических механизмов и стимулов для привлечения инвестиций в атомно-энергетический комплекс. Наконец, необходима система политических, экономических и правовых мер для продвижения атомно-энергетических технологий России на мировые рынки и возможностей отечественных атомщиков в топливном обеспечении и обслуживании АЭС за рубежом. Основными направлениями продвижения за рубеж и увеличения экспортного потенциала ядерных технологий России являются, прежде всего, строительство атомных объектов за рубежом, развитие экспорта современных атомных реакторов и энергоблоков, а также ядерного топлива и услуг с отработанным ядерным топливом (ОЯТ). Кроме того, это возможности экспорта электроэнергии АЭС [9].

2.2. Положительные и отрицательные стороны атомной энергетики

Положительные стороны атомной энергетики:

потребляет малое количество топлива;

экологична, в сравнении с другими электростанциями (ТЭЦ, ГЭС), которые работают на мазуте;

их эксплуатация значительно дешевле;

ориентация на потребителя;

компактность отходов;

высокая мощность.

Отрицательные стороны атомной энергетики:

проблема радиоактивных отходов;

сложность реконструкции и удаления отслуживших энергоблоков;

аварии на АЭС и загрязнение окружающей среды;

небольшой срок эксплуатации (35 лет);

большие затраты на строительство АЭС.

Ежегодно многие страны Мира хотят избавиться от атомной энергетики. Они стараются переходить на другие источники энергии [2].

Заключение

Таким образом, на сегодняшний день в мире не существует аналога атомной энергетики. Так же встает вопрос о безопасности эксплуатации АЭС, а также безопасного способа захоронения радиоактивных отходов. Помимо этого, любое захоронение радиоактивных отходов приводит к огромному ущербу и загрязнению окружающей среды. Данные вещества сохраняют свое негативное воздействие в течение длительного времени (сотни лет). Количество отходов из года в год увеличивается, что и усугубляет данную проблему.

Список литературы:

1. Алексашина В.В. Атомные электростанции в мировой энергетике и проблемы экологии – М: 2017. –11 с.

2. Большов, Л.А., Лаверов, Н.П., Линге, И.И. Проблемы ядерного наследия и пути их решения. Развитие системы обращения с радиоактивными отходами в России. – М: 2015. –392 с.

3. Герасимов А. С. Справочник по образованию нуклидов в ядерных реакторах. – М: Энергоатомиздат, 2014. –575 с.

4. Зорин В. М. Атомные электростанции – М: Издательский дом МЭИ, 2013. –392 с.

5. Пронкин, Н.С. Обеспечение безопасности обращения с радиоактивными отходами предприятий ядерного топливного цикла // Учебное пособие / Н.С. Пронкин. – М. : Логос, 2012 . – 420 с.

6. Атомная энергетика сегодня. 7 фактов о перспективах развития атомной отрасли в современном мире // URL: https://postnauka.ru/faq/14277 Режим доступа: свободный. Дата обращения: 05.04.2022 г.

7. Как работает АЭС – URL: https://rosatom.ru/about-nuclear-industry/powerplant/ –2020. Режим доступа: свободный. Дата обращения: 07.04.2022 г.

8. Принцип работы АЭС // – URL: https://aem-group.ru/mediacenter/informatoriy/atomnaya-elektrostancziya-(aes).html Режим доступа: свободный. Дата обращения: 07.04.2022 г.

9. Перспективы развития атомной энергетики // – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/rossiyskaya-atomnaya-energetika-sovremennoe-sostoyanie-i-perspektivy –2022. Режим доступа: свободный. Дата обращения: 07.04.2022 г.