Искусственные источники ИИ и загрязнении внешней среды РВ 3. Атомная энергетика
В 2001 году в мире работало 430 атомных энергетических установок, производящих около 20% электроэнергии. По количеству атомных электростанций первое место занимает Западная Европа, за которой следуют США и Канада. В России работает 10 атомных электростанций с 30 промышленными реакторами суммарной мощностью МВт, из них 29 реакторов на медленных нейтронах (типа ВВЭР и РБМК) и один реактор на быстрых нейтронах. Для обеспечения этих АЭС ядерным топливом необходимо ежегодно 3600 тонн природного урана.
Доля ядерной энергетики в мире составила 20% (МАГАТЭ, 1995): Франция и Бельгия 70-80%, Швеция-50%, США – 17%, Канаде – 15%, Южной Корее – 53%, на Тайване – 48,5%, в России – 13%.
Атомная энергетика включает в себя весь технологический цикл: урановые рудники, металлургические предприятия по получению обогащенного ядерного топлива, заводы по очистке урановых концентратов и изготовлению ТВЭЛ-ов (тепловыделяющих элементов), предприятия по утилизации ядерных отходов. На протяжении всей этой технологической цепочки образуются твердые, жидкие, газообразные отходы.
Добыча урановой руды Изготовление концентрата Обогащение урана Изготовление ТВЭЛ-ов Отвал урановых хвостов АЭС Выдержка отработанного топлива Регенерация отработанного топлива Захоронение РАО Схема технологической цепочки атомной энергетики
Принципиальная схема атомной электростанции: 1 – ядерное горючее с замедлителем; 2 – аварийные стержни; 3 – регулирующие стержни; 4 – отражатель нейтронов; 5 – бетонная защита от радиации; 6 – теплоноситель; 7 – парогенератор; 8 – паровая турбина; 9 – генератор тока; 10 – конденсатор пара
Технологическая схема АЭС с реактором ВВЭР-400 (ВВЭР-1000 )
Элементы ядерного реактора
По состоянию на 2002 год в России эксплуатируется 29 ядерных энергоблоков общей установленной мощностью 21,2 Гвт, в т.ч.: водо-водяные (ВВЭР) – 13; канальные (РБКМ-1) – 11; водо-графитовые (ЭГП) – 4; на быстрых нейтронах (БН-60) – 1. В современный период достраиваются 5 энергоблоков: водо-водяные (ВВЭР) – 4 (Ростовская, Калининская, Балаковская АЭС); канальные (РБКМ-1) – 1 (Курская АЭС). Атомная энергетика имеет устойчивую тенденцию к развитию: в 1984 году в мире насчитывалось 345 атомных энергоблоков, в 1986 году – 417, в 1988 году – 426, в 1994 году – около 500. В настоящее время 17% всей электроэнергии в мире вырабатывается на АЭС, а в ряде стран, таких как Бельгия и Франция, эта доля достигает %.
Наименование атомных станций Электрическая мощность, МВт Количество и тип реактора 1. Действующие АЭС 1. Кольская АЭС ВВЭР-440/230 2 ВВЭР-440/ Ленинградская АЭС РБМК-1000** 3. Калининская АЭС ВВЭР Смоленская АЭС РБМК Курская АЭС РБМК 6. Нововоронежская АЭС ВВЭР-440/320* 1 ВВЭР Балаковская АЭС ВВЭР Белоярская АЭС600 1 БН Билибинская АЭС48 4 ЭГП Ростовская АЭС (2001 г.) ВВЭР-100 Итого:22242 Атомные электростанции России
2. Строящиеся, законсервированные и проектируемые АЭС 11. Южно-Уральская АЭС БН Воронежская АЭС АСТ-500М 13. Томская АЭС АСТ-500М 14. Хабаровская АЭС АСТ-500М 15. Костромская АЭС ВПБЭР Дальневосточная АЭС НП Приморская АЭС ВПБЭР Блок на Ленинградской АЭС630 1 НП Блоки на Кольской АЭС НП Блок на Калининской АЭС ВВЭР Блок на Курской АЭС РБМК Блок на Белоярской АЭС800 1 БН Блок на Балаковской АЭС ВВЭР-1000 Итого:17330 Всего:37572 Примечания. ACT – атомная станция теплоснабжения; ВВЭР – водо-водяной энергетический реактор; РБМК – реактор большой мощности канальный; БН – реактор на быстрых нейтронах; ЭГП – реактор энергетический графитовый паровой; ВПБЭР – водяной повышенной безопасности энергетический реактор; * оба первого поколения; ** в том числе два реактора первого поколения.
Основную дозу в выбросах составляют продукты деления ядерного горючего: радиоизотопы йода, цезия, стронция, церия, циркония, марганца, железа, а также тритий и радиоактивные газы – радон, ксенон и криптон. Система очистки сточных вод такова, что в водоемы поступает вода с содержанием радиоизотопов, не превышающим допустимый уровень для питьевой воды. При отсутствии аварий и хорошей радиационной защите такое производство заметного влияния на окружающую среду не оказывает. Главная проблем при эксплуатации атомных реакторов – выемка отработанного ядерного топлива. По мере работы реактора масса ядерного горючего в нем уменьшается, растет количество осколков отделения ядер урана или плутония, которые сильно радиоактивны, так как претерпевают бета-распад, сопровождающийся мощным гамма-излучением.
Атомная промышленность и энергетика относятся к отраслям деятельности человека с малой опасностью для жизни. За период с 1945 по 1992 годы (НКДАР ООН) вклад ядерной энергетики в формирование коллективной эффективной дозы облучения населения всего земного шара составил 2,4 млн чел.-Зв, а дополнительный вклад тяжелых радиационных аварий – 0,6 млн чел.- Зв, то есть почти в 1100 раз меньше, чем вклад облучения от источников естественного фона.
Источник облучения Коллективная эффективная доза, млн чел.-Зв Естественные источники650 Медицинское облучение: – диагностика – терапевтические процедуры Испытания ядерного оружия30 Ядерная энергетика2,4 Радиационные аварии0,6 Профессиональное облучение0,6 Коллективная эффективная доза облучения населения за период с 1945 по 1992 годы После 1992 года данные вследствие аварии на Чернобыльской АЭС несколько изменились.
Разрушенный 4 блок на Чернобыльской АЭС
Источники радиации Среднемировые данные Россия мЗв/год% % Рентгенодиагностика1,00093,51,20094 Радионуклидная диагностика0,0504,70,0302,3 Испытание ядерного оружия0,0151,40,0201,6 Ядерная энергетика–––– Последствия аварии в ЧАЭС––0,0302,3 Профессиональное облучение0,0040,40,0030,2 ИТОГО1, , Эффективные эквивалентные дозы человека от искусственных источников В таблице приведены характеристики основных поступлений искусственных радионуклидов в атмосферу с 1946 по 1986 год.
Источник поступления Суммарная активность, Бк Ареал распростра- нения, км 2 Испытания атомного оружия в атмосфере Авария на Чернобыльской АЭС, 1986 г Технологический сброс отходов в проточный водоем р. Теча, 1950 г. 10, Авария в районе г. Кыштым, 1957 г. 7, Пожар на заводе в г. Уиндскейле (Великобритания), 1957 г. 1, Ветровой выброс из поймы озера Карачай, 1967 г. 0, Основные источники поступления искусственных радионуклидов в атмосферу с 1946 по 1986 год
Эксплуатация АЭС сопряжена с определенной степенью социального, экономического и экологического риска, а также риска ухудшения здоровья людей вследствие возникновения крупных радиационных аварий. Наиболее крупной радиационной аварией в истории человечества стала авария на Чернобыльской АЭС. По данным различных авторов, число людей, испытавших последствия аварии на Чернобыльской АЭС, составило от 130 до 250 тыс. человек, подверглись отселению 116 тыс. человек, в дозах свыше фоновых облучились 24,2 тыс. человек, заболели острой лучевой болезнью 134 человека, а еще 28 человек погибли. В работах по ликвидации последствий Чернобыльской катастрофы принимало участие около 240 тыс. человек, а радиоактивному загрязнению, превышающему уровень 5 Ки/км 2, подверглась территория площадью около км 2 с населением более 5 млн человек.
Различные соматические расстройства здоровья, не связанные с облучением (стрессы, социально –экономические, психологические) Медицинские последствия Непосредственные, детерминированные ( отсутствуют при малых дозах) Отдаленные, стохастические, вероятностные (могут возникнуть при любых дозах) Возможен рост числа рака щитовидной железы и других органов, в меньшей степени возникновение наследственной патологии Лучевая болезнь у 134 человек – участников аварийных работ в первые сутки после аварии Рак щитовидной железы у 1800 человек, облученных в детском возрасте Прогноз для всех категории населения благоприятный Общая схема возможных медицинских последствий на примере Чернобыльской аварии
Подводя итоги вышесказанному, следует отметить, что за счет искусственных (техногенных) источников ионизирующей радиации формируется около 10% годовой эффективной эквивалентной дозы. Данные исследований представлены в таблице.
Источник излучения Средние годовые дозы, мЗв/год мировыепо России Природные источники Внешнее гамма-излучение природных радионуклидов 0,48 Космическое излучение0,390 Долгоживущие радионуклиды в атмосферном воздухе 0,006 Изотопы радона в воздухе помещений1,261,89 Калий-40 и другие природные радионуклиды в пище и питьевой воде 0,290 Всего природные источники2,4063,056 Искусственные источники Медицинское облучение0,41,0 Глобальные выпадения0,005 Загрязнение территорий0,002 Всего искусственные источники0,4071,007 Итого за счет всех источников2,8134,064 Структура доз облучения населения источниками ионизирующего излучения (по данным ООН и радиационно-гигиеническому паспорту РФ за 1999 год)
Вклад разных источников ИИ и РВ в облучение человека