Повна версія

Головна arrow Екологія arrow Транскордонні проблеми токсикології довкілля

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

Ядерна енергетика

В ядерній енергетиці використовується енергія розщеплення ядер ізотопів важких елементів. Для ізотопу урану 235U процес розщеплення ілюструє рівняння:

Процес розщеплення одного ядра ізотопу 235U супроводжується виділенням енергії близько 200 MeV. Цей незмінний енергетичний прибуток виникає з різниці енергії зв'язків нуклеонів у ядрах ізотопів з середніми масами (продуктів розщеплення), а в ядрі важкого ізотопу він зазнає розщеплення.

Як ядерне паливо, окрім вже названого 235U, використовуються інші важкі ізотопи, які отримуються штучно, тобто 239Pu і 233U. Вони виникають в ядрових змінах типу (n, γ), що їх зазнають ізотопи U і 232Th, які спостерігаються у природі:

Ізотопи 238U, 235U, 232Th, що виступають у вигляді руд урану і торію, переробляються на ядерне паливо в багатоетапному процесі, який охоплює:

  • • ізоляцію сполук урану або торію з руд;
  • • розділення ізотопів урану або збагачення природного урану до ізотопу 235U;
  • • отримання металевого урану і торію або їхніх оксидів високого ступеню чистоти.

Кожен із вищезазначених етапів може становити джерело радіоактивних заражень. Отже, видобування руд урану і торію створює загрозу для гірників з боку радону і продуктів його змін. Вимивання радіоактивного матеріалу під час дегідратації шахт стає джерелом зараження поверхневих вод. На етапі переробки руд найбільшу можливість зараження становлять шлами і стоки, що найчастіше збираються у відстійниках. Після їхнього висихання радіоактивний пил може утворювати вітер.

Процес розщеплення ядерного палива відбувається в ядерному реакторі. Реактор складається із стриженя, який оточений укриттям, і системи управління й охолодження реактора (рис. 7.5).

У стрижні реактора розташовані паливні прути з урану, торію або їхні оксиди, що оточені модератором, тобто речовиною, яка уповільнює нейтрони. Як модератор використовуються речовини, що мають здатність їх поглинати, наприклад, кадмій, важка вода, графіт. Система модератору – паливні прути, оточені охолоджувальною речовиною і вміщені до бетонової коробки. Тепло, що виділяється під час розщеплення, передається через вимірювач тепла до системи турбін електростанції.

Ідейна схема ядерної електростанції

Рис. 7.5. Ідейна схема ядерної електростанції

При належній експлуатації реактора немає жодної загрози навколишньому середовищу, якщо не враховувати дуже незначні витоки продуктів розщеплення до охолоджувальної води, яка залишається у закритій системі. Проблеми зараження навколишнього середовища мають місце у двох випадках:

  • • неконтрольовані при аварії;
  • • контрольованій регенерації палива.

Близько 1/3 палива, що використовувалося протягом року, потребує заміни. Для реактора потужністю 1000 MW активність використаного палива і продуктів розщеплення можна оцінити на 5 • 109 Сі. Оскільки значна частина радіоактивності, зокрема у випадку продуктів розщеплення, припадає на ізотопи, що живуть мало, то використане паливо протягом 150 днів залишається в реакторі. За цей час реактор охолоджується і відбувається спад активності. Далі в багато- етапному процесі можна відокремити 239Pu або 233U від продуктів розщеплення і повторно його використати. Вищезазначена процедура є дуже дорогою і вимагає багато часу. У світі відомі три підприємства, що регенерують паливо, – одне в Англії і два у Франції. Регенерація палива часто програє економічно порівняно з можливістю його видобування і збільшує масштаб проблем навколишнього середовища, пов'язаних із збереженням радіоактивних відходів. Ці відходи ущільнюють різними методами, а далі укривають у сталевій формі у відповідних контейнерах, унеможливлюючи потрапляння відходів до ґрунтів, вод і повітря. Контейнери вміщуються до могильників, у стволах шахт та ін. Умови збереження (спонтанне нагрівання відходів у випадку перебігу ядерних реакцій, знищення будови навколо контейнерів, наприклад, у випадку землетрусу) не дають повної гарантії безпечного укриття відходів до того часу, коли їхня радіоактивність зменшиться до рівня тла.

Втрата охолоджуючої води або інші порушення роботи реактора можуть спричинити неконтрольований приплив тепла, тобто в реакції розщеплення буде виділено більше теплової енергії, ніж її може бути передано. Така ситуація визначається як перегрів реактора. У крайніх ситуаціях треба тоді очікувати розплавлення стрижня, знищення камери тиску і корпусу. Відбувається вибух водної пари і водню, що зумовлює викид до атмосфери радіоактивних ізотопів. Радіоактивні опади, що передусім містять довгоживучі ізотопи 90Sr і 137Cs, забруднюють навколишнє середовище. Після аварії реактора довгоживучі радіоактивні ізотопи залишаються протягом десятиліть у ґрунті і у воді, унеможливлюючи нормальне користування навколишнім середовищем.

Можливість виникнення аварії реактора і вибуху[1] зумовили розробку нових типів реакторів з підвищеною безпекою. У межах збільшення безпеки пропонується заміщення реакторів типу LWR, що охолоджуються графітом або водою, новим поколінням реакторів типу PIUS. Реактор PIUS має інше вирішення камери тиску і системи охолодження. При ушкодженні відбувається автоматичне заливання реактора боровою водою. Присутність бору (елемента з високим перетином, чинним для нейтронів) значно збільшує здатність керування реакторним процесом. Додатковий великий резервуар води створює можливість розподілу надмірного тепла.

В іншому типі реактора (HTGR) для уповільнення нейтронів використовується графіт, охолоджений гелієм. Замість класичних паливних прутів використовуються малі грудки оксидів урану, осаджені в графітних блоках. Реактор має таку будову системи: паливо-модератор забезпечує дуже значну теплову місткість і практично унеможливлює розплавлення палива й аварію реактора.

Нова генерація безпечних реакторів створює можливість уникнення катастроф – заражень навколишнього середовища, але не розв'язує всіх питань, пов'язаних з ядерною енергетикою. Відкритим питанням охорони навколишнього середовища надалі залишається зберігання відходів, що зумовлює відсутність суспільного "дозволу" на широке застосування цього джерела енергії.

  • [1] Найбільш відомі аварії реактора відбулися в Three Mile у 60-ті pp. і в Чорнобилі в 1986 р.
 
<<   ЗМІСТ   >>