Чем в первую очередь опасна авария на атомной электростанции
Наихудший сценарий катастрофы на АЭС и риски вымир
А.В.Турчин. Наихудший сценарий катастрофы на АЭС и риски вымирания человечества
Worst case scenario of nuclear accidents – Ines 8 – human extinction
Версия 0.801 (Это весьма предварительная версия текста, написанная по горячим следам в марте 2011 г. после аварии на Фукусиме. Текст наверняка содержит много ошибок и весьма скороспешных заключений, и публикуется только для последующего обсуждения, но не как окончательный вывод.)
При этом следует учитывать те изотопы, которые обладают наибольшей способностью накапливаться в теле человека. К сожалению, основные реакторные изотопы обладают способностью задерживаться в теле. Это йод, цезий, стронций, плутоний.
4. «Китайский синдром» – проплавление земной коры
Это реальная реализация «китайского синдрома». См статью Рафаэля Арутюняна с этим названием, где описаны расчеты о возможности образования К.с в Чернобыле. http://scepsis.ru/library/id_710.htmlправда, В этой статье К.с., вероятно, преувеличен, так как автор пытается оправдать строительство бетонной подушки под блоком САЭС, которая в результате не понадобилась.
То есть образование большой капли очень тяжелого топлива, которая на своём пути будет проплавлять все ¬– бетон, грунт, скалы.
Аналогичный проект рассматривался в статье в Nature для создания зонда, способного достичь ядра Земли. Это так называемый зонд Стивенсона, который состоит из 1 млн. тонн расплавленного железа и прожигает себе путь вниз.
Как показал Милан Чиркович в своей статье «Геоинженерия, пошедшая насмарку» http://www.proza.ru/2007/11/10/290 проплавленные земли с помощью огромной капли расплавленного металла (зонд Стивенсона) может привести к образованию канала к расплавленному ядру Земли, по которому наверх начнёт вырываться магма и газы. Это приведёт к дегазации ядра в виде гигантского вулканического извержения, которое полностью изменит состав атмосферы и уничтожит всю жизнь на Земле.
В статье на «скепсисе» показано, что даже небольшая капля топлива – 10 кг – будет погружаться со скоростью 2,5 метра/сутки. Капля в несколько сот тонн может погружаться на десятки метров в сутки, я думаю. Или на 10 км за год, скажем.
Под Японией находятся большие вулканические резервуары, которые питают Фудзи и другие вулканы, расстояние до них несколько десятков километром вниз. Неизвестно, есть ли такие резервуары прямо под станцией.
В мантии движение капли станет даже более быстрым, так как мания горячее и пластичнее.
Время достижения этих вулканических резервуаров может быть порядка 10 лет. Возможно, что канал позади капли топлива полностью закроется, но возможно, что он останется более мягким за счёт остатков топлива на его стенках. Тогда это канал начнёт выдавливаться вверх, как зубная паста из тюбика.
И хорошо, если это будет резервуар неглубокого залегания, который просто выплюнет топливо и приведёт к возникновению нового вулкана. Хуже, если капля приникнет к глубоким резервуарам на глубине сотен километров, или к самому земному ядру, что приведёт упоминавшейся выше дегазации ядра (которая, возможно, давно назрела, и уже отчасти имела место на Венере). Это погружение капли может занять десятки лет, в ход которого ничего особенного наблюдаться не будет.
А может и меньше. По личному сообщению одного российского учёного, они выполнили исследования по созданию ядерного реактора, прославляющего путь внутрь земли для доставки исследовательского зонда к ядру, и срок его погружения гораздо меньше.
5. Сгорание отработанного ядерного топлива в большом хранилище
Эта задача сводится к пункту 1, но масштабы будут как минимум в 100 раз меньше, не будет загрязнения короткоживущими изотопами.
6. Крах технологической цивилизации в результате системного кризиса, связанного с отказом от развития новых технологий, радиофобией, экономическим кризисом, эвакуацией населения, подорожанием еды, нехваткой энергоносителей
«Малые дозы радиации опасны своими отдаленными последствиями. Российские ученые выяснили, что подопытные мыши, получавшие малые дозы радиации, заканчивали свой род к шестому поколению: от поколения к поколению их хромосомный набор мутировал, что в итоге привело к полному бесплодию». http://www.utro.ru/articles/2011/03/30/965663.shtml
Последствия такой катастрофы будут меньше, чем при ядерной атаке на АЭС, а в остальном сравнимы. Такая катастрофа может накрыть только крупный регион – иначе она сама по себе будет глобальной и приведёт к гибели человечества раньше, чем оно погибнет от радиации.
Интересно, как меняется радиационный фон при падении и испарении большого железного метеорита.
За несколько лет на АЭС можно наработать несколько тонн опасных изотопов (максимум). При этом спектр изотопов при «естественном» взрыве АЭС сам по себе довольно опасен, так как включает много изотопов обладающих сродством к телу человека. Это йод, цезий, стронций.
Но в реакторе в каждый момент времени находится не так много этих изотопов – порядка 1 кг или меньше, так как они не являются основным продуктом реакции. При сознательной наработке можно гипотетически, наработать в тысячи раз больше.
Оценки по созданию кобальтовой бомбы говорят о ее массе порядка 100 тыс. тонн, что много больше массы типичного реактора. Количество кобальта-60 при взрыве должно достигать тысяч тонн, чтобы он стал глобальной угрозой.
Итак, захватчики одного реактора смогут в худшем случае сделать выброс в 1000 чернобыльских, или 50 млрд кюри, но это меньше, чем порог в 1 трлн, с которого начинается риск вымирания. Можно предположить, что они захватят несколько станций, но в этом случае в их руках будет целая индустриально развитая страна, и они уже могут пытаться строить машину судного дня с нуля.
10. Отключение электричества по всей Земле в результате некого глобального катаклизма, что приводит к утрате охлаждения на всех АЭС. Например, сверхвспышка на Солнце может привести к всемирным перебоям с электричеством. Или всемирная война, или последствия падения астероида средних размеров (1 км).
Это в худшем случае приведёт к тому, что на каждом из 400 реакторов события будут развиваться, как на Фукусиме-1. В результате произойдёт значительное заражение индустриальных районов, что в купе с отключением электричества сделает проблематичным быстрое восстановление индустриальной цивилизации. То есть возрастает вероятность перехода с спираль системного кризиса, который может привести к вымиранию человечества.
Отметим, что сама природа самоподдерживающегося системного кризиса не очень зависит от причины, его запустившей, и он будет развиваться по своим законам, и вероятность того, приведёт ли он к вымиранию или нет, зависит от его внутренних свойств, которые пока трудно оценить.
Официальный сайт города Сосновый Бор (Ленинградская область)
Last update 01:16:46 PM
ЧТО ПРОИСХОДИТ ПРИ АВАРИИ НА РАДИАЦИОННО-ОПАСНОМ ОБЪЕКТЕ?
Поражение человека производится ионизирующим излучением (поток гамма, альфа, бета–лучей и нейтронов). Последствия воздействия на организм: возникновение лучевой болезни, злокачественных опухолей.
ДЕЙСТВИЯ НАСЕЛЕНИЯ ПРИ АВАРИИ НА АТОМНОЙ СТАНЦИИ
Серьёзную опасность представляет внутреннее облучение от радиоактивного йода, который может попасть в организм при вдыхании пыльного воздуха и при употреблении зараженных продуктов питания и воды. Радиоактивный йод поражает в первую очередь щитовую железу человека, что приводит к образованию злокачественной опухоли.
Защита от радиационного заражения сводится к недопущению попадания радиоактивных веществ, в том числе и радиоактивного йода, вовнутрь организма человека и на открытые участки тела.
Об опасности радиационного заражения население немедленно будет оповещено всеми имеющимися техническими средствами оповещения (электросиренами, уличными громкоговорителями, по радиотрансляции, телевещанию, подвижными громкоговорящими установками и др.).
Сигнал сирены подаётся для привлечения внимания населения и означает: «ВНИМАНИЕ ВСЕМ!». После этого сигнала последует текстовое сообщение по одному или нескольким перечисленным средствам оповещения и будут даны рекомендации населению по действиям.
При объявлении сигнала «РАДИАЦИОННАЯ ОПАСНОСТЬ!» необходимо выполнить следующие меры:
1. Укрыться в убежище, в ПРУ. Если защитного помещения в близи нет, укрыться в помещении (служебном, производственном, жилом). После укрытия в помещении закрыть окна и двери, загерметизировать щели, закрыть вентиляционные проёмы. Находиться в помещении минимум 4 часа.
2. Включить имеющиеся средства технической информации: телевизор на канале СТВ или ТЕРА, радиоточку, радиоприёмник на волне 103 FМ и слушать дальнейшие сообщения.
3. Срочно провести йодную профилактику. Препарат йода необходимо принимать один раз в течении 7 последующих суток.
4. Сделать запасы воды, продукты питания убрать в холодильник или в герметичную тару.
5. Подготовиться к эвакуации: упаковать в полиэтиленовые мешки документы, деньги и драгоценности, предметы первой необходимости, лекарства, минимум белья и одежды, запас продуктов на несколько дней. Общий вес вещей не должен превышать 50 кг на одного человека.
6. Приготовить средства индивидуальной защиты органов дыхания (противогазы, респираторы, ватно-марлевые повязки и др.) и средства от загрязнения поверхностей тела: накидки, плащи, головные уборы, резиновую обувь (сапоги).
Об опасности радиационного заражения население немедленно будет оповещено всеми имеющимися техническими средствами оповещения (электросиренами, уличными громкоговорителями, по радиотрансляции, телевещанию, подвижными громкоговорящими установками и др.).
Сигнал сирены подаётся для привлечения внимания населения и означает: «ВНИМАНИЕ ВСЕМ!». После этого сигнала последует текстовое сообщение по одному или нескольким перечисленным средствам оповещения и будут даны рекомендации населению по действиям.
Эвакуация населения проводится в три этапа:
Расчет размещения эваконаселения г. Сосновый Бор в муниципальных районах Ленинградской области
Крупнейшие радиационные аварии и катастрофы в мире
В СССР первая тяжелая радиационная авария произошла 19 июня 1948 года, на следующий же день после выхода атомного реактора по наработке оружейного плутония (объект «А» комбината «Маяк» в Челябинской области) на проектную мощность. В результате недостаточного охлаждения нескольких урановых блоков произошло их локальное сплавление с окружающим графитом, так называемый «козел». В течение девяти суток «закозлившийся» канал расчищался путем ручной рассверловки. В ходе ликвидации аварии облучению подвергся весь мужской персонал реактора, а также солдаты строительных батальонов, привлеченные к ликвидации аварии.
3 марта 1949 года в Челябинской области в результате массового сброса комбинатом «Маяк» в реку Теча высокоактивных жидких радиоактивных отходов облучению подверглись около 124 тысяч человек в 41 населенном пункте. Наибольшую дозу облучения получили 28 100 человек, проживавших в прибрежных населенных пунктах по реке Теча (средняя индивидуальная доза – 210 мЗв). У части из них были зарегистрированы случаи хронической лучевой болезни.
12 декабря 1952 года в Канаде произошла первая в мире серьезная авария на атомной электростанции. Техническая ошибка персонала АЭС Чолк-Ривер (штат Онтарио) привела к перегреву и частичному расплавлению активной зоны. Тысячи кюри продуктов деления попали во внешнюю среду, а около 3800 кубических метров радиоактивно загрязненной воды было сброшено прямо на землю, в мелкие траншеи неподалеку от реки Оттавы.
29 ноября 1955 года «человеческий фактор» привел к аварии американский экспериментальный реактор EBR-1 (штат Айдахо, США). В процессе эксперимента с плутонием, в результате неверных действий оператора, реактор саморазрушился, выгорело 40% его активной зоны.
29 сентября 1957 года произошла авария, получившая название «Кыштымская». В хранилище радиоактивных отходов ПО «Маяк» в Челябинской области взорвалась емкость, содержавшая 20 миллионов кюри радиоактивности. Специалисты оценили мощность взрыва в 70-100 тонн в тротиловом эквиваленте. Радиоактивное облако от взрыва прошло над Челябинской, Свердловской и Тюменской областями, образовав так называемый Восточно-Уральский радиоактивный след площадью свыше 20 тысяч кв. км. По оценкам специалистов, в первые часы после взрыва, до эвакуации с промплощадки комбината, подверглись разовому облучению до 100 рентген более пяти тысяч человек. В ликвидации последствий аварии в период с 1957 по 1959 год участвовали от 25 тысяч до 30 тысяч военнослужащих. В советское время катастрофа была засекречена.
10 октября 1957 года в Великобритании в Виндскейле произошла крупная авария на одном из двух реакторов по наработке оружейного плутония. Вследствие ошибки, допущенной при эксплуатации, температура топлива в реакторе резко возросла, и в активной зоне возник пожар, продолжавшийся в течение 4 суток. Получили повреждения 150 технологических каналов, что повлекло за собой выброс радионуклидов. Всего сгорело около 11 тонн урана. Радиоактивные осадки загрязнили обширные области Англии и Ирландии; радиоактивное облако достигло Бельгии, Дании, Германии, Норвегии.
В апреле 1967 года произошел очередной радиационный инцидент в ПО «Маяк». Озеро Карачай, которое ПО «Маяк» использовало для сброса жидких радиоактивных отходов, сильно обмелело; при этом оголилось 2-3 гектара прибрежной полосы и 2-3 гектара дна озера. В результате ветрового подъема донных отложений с оголившихся участков дна водоема была вынесена радиоактивная пыль около 600 Ku активности. Была загрязнена территория в 1 тысячу 800 квадратных километров, на которой проживало около 40 тысяч человек.
В 1969 году произошла авария подземного ядерного реактора в Люценсе (Швейцария). Пещеру, где находился реактор, зараженную радиоактивными выбросами, пришлось навсегда замуровать. В том же году произошла авария во Франции: на АЭС «Святой Лаврентий» взорвался запущенный реактор мощностью 500 мВт. Оказалось, что во время ночной смены оператор по невнимательности неправильно загрузил топливный канал. В результате часть элементов перегрелась и расплавилась, вытекло около 50 кг жидкого ядерного топлива.
18 января 1970 года произошла радиационная катастрофа на заводе «Красное Сормово» (Нижний Новгород). При строительстве атомной подводной лодки К 320 произошел неразрешенный запуск реактора, который отработал на запредельной мощности около 15 секунд. При этом произошло радиоактивное заражение зоны цеха, в котором строилось судно.
Основные работы по ликвидации аварии продолжались до 24 апреля 1970 года. В них приняло участие более тысячи человек. К январю 2005 года в живых из них осталось 380 человек.
Семичасовой пожар 22 марта 1975 года на реакторе АЭС «Браунс Ферри» в США (штат Алабама) обошелся в 10 млн долларов. Все случилось после того, как рабочий с зажженной свечой в руке полез заделать протечку воздуха в бетонной стене. Огонь был подхвачен сквозняком и распространился через кабельный канал. АЭС на год была выведена из строя.
Самым серьезным инцидентом в атомной энергетике США стала авария на АЭС Тримайл-Айленд в штате Пенсильвания, произошедшая 28 марта 1979 года. В результате серии сбоев в работе оборудования и грубых ошибок операторов на втором энергоблоке АЭС произошло расплавление 53% активной зоны реактора. Произошел выброс в атмосферу инертных радиоактивных газов – ксенона и йода Кроме того, в реку Сукуахана было сброшено 185 кубических метров слаборадиоактивной воды. Из района, подвергшегося радиационному воздействию, было эвакуировано 200 тысяч человек.
30 сентября 1999 года произошла крупнейшая авария в истории атомной энергетики Японии. На заводе по изготовлению топлива для АЭС в научном городке Токаймура (префектура Ибараки) из-за ошибки персонала началась неуправляемая цепная реакция, которая продолжалась в течение 17 часов. Облучению подверглись 439 человек, 119 из них получили дозу, превышающую ежегодно допустимый уровень. Трое рабочих получили критические дозы облучения. Двое из них скончались.
9 августа 2004 года произошла авария на АЭС «Михама», расположенной в 320 километрах к западу от Токио на о.Хонсю. В турбине третьего реактора произошел мощный выброс пара температурой около 200 градусов по Цельсию. Находившиеся рядом сотрудники АЭС получили серьезные ожоги. В момент аварии в здании, где расположен третий реактор, находились около 200 человек. Утечки радиоактивных материалов в результате аварии не обнаружено. Четыре человека погибли, 18 – серьезно пострадали. Авария стала самой серьезной по числу жертв на АЭС в Японии.
Катастрофические опасности атомных электростанций (АЭС)
Чем потенциально опасны атомные электростанции?
Каково воздействие АЭС в нормальных и нештатных условиях, можно ли предотвратить катастрофы и какие меры принимаются для обеспечения безопасности на ядерных объектах?
Развитие и значение атомных электростанций
Первые исследования по ядерной энергетике пришлись на 1890-е гг., а строительство крупных объектов началось с 1954 г. Атомные электростанции возводятся для получения энергии путем радиоактивного распада в реакторе.
Сейчас используются такие типы реакторов третьего поколения:
В период с 1960 г. по 2008 г. в мире были введены в работу около 540 атомных реакторов. Из них около 100 закрылись по разным мотивам, в том числе из-за негативного воздействия АЭС на природу. До 1960 г. реакторы отличались высоким показателем аварийности из-за технологического несовершенства и недостаточной проработки регулирующей нормативной базы. В следующие годы требования ужесточались, а технологии совершенствовались. На фоне уменьшения запасов природных энергоресурсов, высокой энергоэффективности урана строились более безопасные и оказывающее меньшее негативное воздействие АЭС.
Для плановой работы атомных объектов добывается урановая руда, из которой обогащением получается радиоактивный уран. В реакторах вырабатывается плутоний – самое токсичное из существующих веществ, полученных человеком. Обработка, транспортировка и захоронение отходов деятельности АЭС требует тщательных мер предосторожности и безопасности.
Факторы воздействия АЭС на окружающий мир
Наряду с прочими промышленными комплексами атомные электростанции оказывают воздействие на природную среду и человеческую жизнедеятельность. В практике использования энергетических объектов нет на 100% надежных систем. Анализ воздействия АЭС проводится с учетом возможных последующих рисков и ожидаемой пользы.
При этом совершенно безопасной энергетики не существует. Воздействие АЭС на окружающую среду начинается с момента возведения, продолжается при эксплуатации и даже по ее окончании. На территории расположения станции по выработке электроэнергии и за ее пределами следует предусматривать возникновение таких негативных влияний:
Один из самых значительных загрязняющих факторов – тепловое воздействие АЭС, возникающее при функционировании градирен, охлаждающих систем и брызгальных бассейнов. Они влияют на микроклимат, состояние вод, жизнь флоры и фауны в радиусе нескольких километров от объекта. КПД атомных электростанций составляет около 33-35%, остальное тепло (65-67%) выделяется в атмосферу.
На территории санитарной зоны в результате воздействия АЭС, в частности водоемов-охладителей, выделяются тепло и влага, вызывая повышение температуры на 1-1,5° в радиусе нескольких сот метров. В теплое время года над водоемами образуются туманы, которые рассеиваются на значительное удаление, ухудшая инсоляцию и ускоряя разрушение зданий. При холодной погоде туманы усиливают гололедные явления. Брызговые устройства вызывают еще большее повышение температуры в радиусе нескольких километров.
Охлаждающие воду испарительные башни-градирни испаряют летом до 15%, а зимой до 1-2% воды, формируя пароконденсатные факелы, вызывая на 30-50% уменьшение солнечного освещения на прилегающей территории, ухудшая метеорологическую видимость на 0,5-4 км. Воздействие АЭС сказывается на экологическом состоянии и гидрохимическом составе воды прилегающих водоемов. После испарения воды из охладительных систем в последних остаются соли. Для сохранения стабильного солевого баланса часть жесткой воды приходится сбрасывать, заменяя ее свежей.
В нормальных условиях эксплуатации радиационное заражение и влияние ионизирующего излучения сведены к минимуму и не превышают допустимый природный фон. Катастрофическое воздействие АЭС на окружающую среду и людей может возникнуть при авариях и утечках.
Возможные техногенные воздействия АЭС
Не стоит забывать про техногенные риски, возможные в атомной энергетике. Среди них:
Нормативный срок функционирования АЭС составляет 30 лет. После вывода станции из эксплуатации требуется сооружение прочного, сложного и дорогостоящего саркофага, который придется обслуживать еще очень длительный промежуток времени.
Защита от негативных влияний, их контроль
Предполагается, что воздействие АЭС в виде всех перечисленных выше факторов должно контролироваться на каждом этапе проектирования и эксплуатации станции.Специальные комплексные меры призваны спрогнозировать и предотвратить выбросы, аварии и их развитие, минимизировать последствия.
Важно уметь прогнозировать геодинамические процессы на территории станции, нормировать электромагнитные излучение и шум, воздействующие на персонал. Для размещения энергетического комплекса участок выбирается после тщательного геологического и гидрогеологического обоснования, проводится анализ его тектонического строения. При строительстве предполагается тщательное соблюдение технологической последовательности работ.
Задача науки, обслуживающей и практической деятельности – не допустить чрезвычайных ситуаций, создать нормальные условия для эксплуатации атомных станций. Одним из факторов экозащиты от воздействия АЭС является нормирование показателей, то есть установление допустимых значений того или иного риска и следование им.
Для минимизации воздействия АЭС на окружающую территорию, природные ресурсы и людей проводится комплексный радиоэкологический мониторинг. Чтобы отвратить ошибочные действия работников электростанции, осуществляется многоуровневая подготовка, занятия на учебных тренажерах и другие мероприятия. Для предотвращения террористических угроз применяются физические защитные меры, а также ведется деятельность специальных государственных организаций.
Современные атомные станции создаются с высокими показателями защищенности и безопасности. Они должны соответствовать высочайшим требованиям надзорных органов, включая защиту от загрязнения радионуклидами и другими вредными веществами. Задача науки – снизить риск воздействия АЭС в результате аварии. Для ее решения проводится разработка более безопасных по конструкции реакторов, имеющих внушительные внутренние показатели самозащиты и самокомпенсации.
Насколько безопасно воздействие АЭС на окружающий мир?
В природе существует естественная радиация. Но для экологии опасно интенсивное радиационное воздействие АЭС в случае аварии, а также тепловое, химическое и механическое. Также весьма актуальна проблема с утилизацией ядерных отходов. Для безопасного существования биосферы нужны особые защитные меры и средства. Отношение к строительству атомных электростанций в мире крайне неоднозначно, особенно после ряда крупных катастроф на ядерных объектах.
Восприятие и оценка атомной энергетики в обществе никогда не будут прежними после Чернобыльской трагедии, произошедшей в 1986 году. Тогда в атмосферу попало до 450 разновидностей радионуклидов, включая короткоживущий йод-131 и долгоживущие цезий-131, стронций-90.
После аварии некоторые исследовательские программы в разных странах были закрыты, нормально функционирующие реакторы превентивно прекратили свое действие, а отдельные государства ввели мораторий на ядерную энергетику. Вместе с тем около 16% электроэнергии в мире вырабатывается с помощью АЭС. Заменить атомные электростанции способно развитие альтернативных источников энергии.
Как работает АЭС? Опасны ли атомные станции?
Многие люди в самом начале разговора об атомных станциях сразу начинают говорить о том, что это очень опасно и от них надо отказываться. Отчасти они правы, но их страхи сильно преувеличены. Для того, чтобы избавиться от такого стереотипа, надо просто понять, как работает станция и убедиться в том, что попадание радиоактивных элементов в окружающую среду просто невозможно. Конечно, если станция функционирует в штатном режиме. Вопрос только в том, как именно она функционирует и где границы этого штатного режима. Сегодня поговорим о конструкции атомной электростанции, их типах и о том, как они добывают электричество за счет деления атомов урана. Рассказывать специально буду простым языком.
Даже картинка немного пугает, но не все так страшно.
Когда появилась первая атомная станция
В СССР первые ядерные испытания на полигоне произошли только спустя 4 года — 29 августа 1949 года. С тех пор у двух крупнейших держав были технологии, которые позволили не только запугивать друг друга своей силой, но и работать на благо мирного атома и применения этой разрушительной силы для того, чтобы нести свет и тепло в каждый дом.
Первая атомная электростанция была запущена в 1954 году в районе города Обнинск Московской области. Идейным вдохновителем и руководителем проекта был знаменитый советский физик, академик АН СССР и по совместительству “отец” советской атомной бомбы Игорь Курчатов.
Игорь Курчатов за работой.
Сколько энергии вырабатывает АЭС
Конечно, ту первую атомную станцию сложно сравнивать с современными, но именно она положила начало новому способу получения энергии, как первый iPhone запустил процесс смартфоностроения, а Ford T массовое производство автомобилей.
С тех пор количество атомных станций в мире сильно увеличилось и достигло 192 штук (суммарно 438 энергоблоков) в 31 стране мира. 10 атомных станций находится в России (суммарно 33 энергоблока). По этому показателю наша страна занимает восьмое место в мире, а по мощности — четвертое.
Суммарная мощность реакторов составляет примерно 392 ГВт. В числе лидеров находятся США (103 ГВт), Франция (66 ГВт), Япония (46 ГВт), Россия (25 ГВт) и Южная Корея (21 ГВт). По статистике именно атомные станции обеспечивают 16 процентов потребляемой электроэнергии в мире.
Высокий интерес к атомным электростанциям и их широкое применение вызвано тем, что их КПД составляет 40-45 процентов и более, а риски существенно меньше, даже несмотря на все страшные аварии, которые происходили. С одной стороны, кажется, что если взорвется, то мало не покажется, но с другой стороны, жертв на 1 полученный киловатт по статистике у АЭС в 43 раза меньше, чем у тепловых электростанций.
Тепловая электростанция тоже то еще сооружение.
Опасны ли атомные станции
В итоге мы получаем ситуацию, при которой атомная энергетика напоминает ситуацию с самолетами. Их многие боятся, но в реальности риск просто умереть на улице в сотни раз выше, чем разбиться на самолете. Просто аварии вызывают большой резонанс и разово погибает больше людей, но такие аварии случаются редко.
Кроме систем самой атомной станции, о которых мы поговорим ниже, они сопровождаются серьезными мерами предосторожности. Признаюсь честно, когда я находился рядом с Воронежской АЭС мне было немного не по себе, но когда я собрал побольше информации, я понял, что переоценивал ситуацию.
Вокруг любой атомной станции есть как минимум 30-километровая зона, в которой постоянно производится мониторинг ситуации и экологической обстановки. Это не зона отчуждения, так как в ней можно жить людям и даже заниматься земледелием. Ограничения касаются только трехкилометровой зоны в непосредственной близости от станции. Но это опять же сделано только с целью обеспечения дополнительной безопасности, а не из-за того, что там опасно находиться.
Так выглядит зона безопасности вокруг Балаковской АЭС.
Наверное, самым опасным периодом работы станции является момент загрузки топлива. Именно в этот момент реактор открывается и есть небольшой риск попадания радиоактивных отходов в воздух. Правда, делается это не часто (в среднем один раз в год) и выброс будет очень незначительным.
На чем работает атомная станция
Основным элементом, на котором работают атомные станции, является уран-235, который загружается в реактор в специальных картриджах, которые называются тепловыделяющими элементами (ТВЭЛ). В одном реакторе их может быть несколько десятков и даже сотен.
ТВЭЛ доставляют к реактору на специальных платформах, а загружают их в него краном. Этот же кран участвовал в строительстве станции и погружал в специальную капсулу сам реактор.
Кстати, название ТВЭЛ получила компания, которая занимается производством ядерного топлива.
В год средний реактор использует около десяти килограмм топлива. Именно такой небольшой объем выделяет то количество энергии, которое и производит станция. Если говорить о производительности ядерного топлива, можно сказать, что один грамм урана-235 позволяет получить столько же энергии, сколько от сжигания топлива произведенного из двух тонн нефти. В итоге, всего десять килограмм топлива являются эквивалентом примерно семисот цистерн нефти.
Это только 15 цистерн, а аналогом 10 кг ядерного топлива является почти 700 цистерн.
Какими бывают атомные станции
Многие думают, что именно радиоактивное топливо вырабатывает электрическую энергию, но это не совсем так. Точнее, это совсем не так.
Работу атомной электростанции можно разделить на три основных этапа. На первом этапе энергия деления атома переводится в тепловую энергию. На следующем этапе тепловая энергия переводится в механическую. После этого превращение механической энергии в электричество становится делом техники.
Еще больше всего интересного вы можете узнать из нашего новостного канала в Telegram. Это бесплатно!
Реакторы делятся на три основных типа: одноконтурные, двухконтурные, трехконтурные. В начале разберемся, как работает двухконтурная схема, а чуть позже на ее примере посмотрим, как работают остальные типы.
Как работает атомная станция
Начальным этапом выделения энергии является, как я уже говорил выше, реактор. Он помещен в специальный закрытый контур, который называется первым. Им является, по сути, большая кастрюля, а точнее скороварка, так как жидкости внутри нее находятся под большим давлением. Так получается увеличить температуру кипения и повысить температуру работы всего первого контура.
Капсула, в которой находится реактор, называется гермообъем и имеет толстые стенки (не менее 15 сантиметров). Это позволяет удержать внутри большое давление и не дает радиации выйти наружу.
Упрощенно схема АЭС выглядит так.
Чтобы этого не происходило, внутри ректора есть специальные стержни с бором, которые очень хорошо поглощают нейтроны и тормозят реакцию. Стержни имеют длину в несколько метров и постоянно то входят в реактор, то выходят из него, регулируя тем самым коэффициент деления нейтронов и, как следствие, скорость реакции. Если этот коэффициент меньше единицы, реакция тормозится, если больше — ускоряется, а если равен единице, то система сама поддерживает свою работу. Этой единицы и надо добиваться для стабильной работы реактора.
После того, как реактор нагрел воду внутри первого контура до температуры около 450 градусов, она проходит через трубку теплообменника и моментально нагревает воду второго контура. Та в свою очередь попадает в испаритель и уже водяной пар с температурой около 350-400 градусов раскручивает огромную турбину до 3000 оборотов в минуту. Именно эта турбина и вырабатывает электричество, которое по проводам уходит в электросеть.
Полная изоляция первого контура от второго позволяет добиться защиты рабочей жидкости и сточных вод от радиоактивного загрязнения. Это позволяет легко охлаждать жидкость для дальнейшей ее работы, ведь раскрутка турбины на является последним этапом работы второго контура.
После того, как водяной пар раскрутит лопатки турбины, он попадает в специальные конденсаторы, которые представляют из себя большие камеры. В них пар остывает и превращается в воду.
Так выглядит турбина АЭС производства Mitsubishi.
Пока температура воды все равно очень высокая и ее надо еще охладить. Для этого она или напрямую или через специальный канал поступает в градирню. Это такая труба, которую можно увидеть и на территории тепловых электростанций. Она имеет высоту около 70 метров, большой диаметр и сужается к верху. Обычно из нее валят клубы белого пара. Многие думают, что это дым, но это именно пар. Вода с температурой, близкой к температуре кипения, распыляется в основании этой трубы и, смешиваясь с поступающим с улицы воздухом, парит и охлаждается. Средняя градирня может охладить до 20 000 кубометров воды в час или около 450 000 кубометров в сутки
После охлаждения, вода специальными насосами подается обратно в систему для нагрева и испарения. Так как воды требуется очень много, атомные станции сопровождаются достаточно большими водоемами и иногда разветвленной системой каналов. Это позволяет станции работать без перебоев.
Теперь можно вернуться к одноконтурным и трехконтурным АЭС. Первые имеют более простую конструкцию, так как у них нет второго контура и турбина раскручивается непосредственно нагретой реактором водой. Трудность заключается в том, что воду надо как-то очищать и такие станции менее экологичны.
Трехконтурную схему применяют на атомных станциях, оснащенных реакторами на быстрых нейтронах. Они считаются более перспективными, но должны комплектоваться дополнительным контуром, чтобы исключить контакт радиоактивного натрия с водой. В дополнительном контуре находится нерадиоктивный натрий.
Конечно, приведенная схема является примерной и упрощенной. Кроме этого, на станции есть различные технические строения, командный пульт, большое количество защитных систем, которые многократно дублируются, и другие вспомогательные системы. Кроме этого, на одной станции находится несколько энергоблоков, что тоже усложняет процесс ее контроля.
На территории атомной станции очень много разных строений. Балаковская АЭС.
На самом деле современная станция может не просто работать в автоматическом режиме, но и делать это вообще без человека. По крайней мере, это касается процесса управления энергоблоком. Человек нужен для контроля и внесения корректировок в работу в случае внештатной ситуации. Риск ее возникновения очень низкий, но на всякий случай за пультом дежурят специалисты.
Аварии с радиоактивными выбросами
Если уж мы заговорили об авариях на атомных станциях, давайте обсудим, как они классифицируются и какие их них были самыми крупными.
Для классификации аварий по их серьезности и силе воздействия на человека и природу они делятся на 7 степеней по Международной шкале ядерных событий, получая определенный уровень INES. На основании этого уровня можно судить был ли причинен вред людям и насколько было повреждено оборудование самой станции. Далеко не все уровни считаются опасными.
Раз уж заговорили об авариях, стоит упомянуть и первую аварию с радиоактивным загрязнением. Оно произошло в Чок-Ривер лаборатории 12 декабря 1952 года.
Произошло оно вследствие ряда ошибок оператора и сбоев в системе аварийной остановки. Реактор в лаборатории вышел в надкритический режим работы. Цепная реакция сама себя поддерживала и выделение энергии в несколько раз превысило норму. В итоге активная зона была повреждена и радиоактивные продукты деления с большим периодом полураспада вместе с массой охлаждающей воды вылились в подвальное помещение. За год работы реактор был полностью восстановлен.
Как видим, аварии случаются и иногда их масштабы устрашают, но все равно по статистике работа АЭС гораздо безопаснее и несет меньше вреда, чем сжигание топлива. Разница экологичности уже достигает трех-четырехкратного уровня. На подходе термоядерные реакторы, которые должны сделать процесс еще более экологичным. Пока, по большому счету, проблема только в отработанном топливе. Его надо как-то деактивировать и захоранивать. Ученые работают над этим. Будем надеяться, что они решат эту проблему.