1. Ядерна енергетика

Вплив радіації

1.1. Енергія, "проклята" в речовині

1.2. Можливі джерела ядерної енергії

1.2.1. Ядерні батареї

1.2.2. Ланцюгові реакції поділу

1.2.3. Ядерний синтез

2.1. Види випромінювання

γ 2.1.4. Космічне випромінювання

2.2. Вплив радіації на організм

2.2.1. Гострий синдром пом’якшення мозку

2.2.2. Іррадіаційна хвороба

3. Ядерні відходи

3.1. Виробництво ядерних відходів

3.2. Методи поводження з ядерними відходами

4. Аварії та катастрофи

4.1. Річка Крейда, Канада, 1952 рік

4.2. Ясловські Богуніце А1, 1977 рік

1. Ядерна енергетика. Людина споживає енергію з незапам’ятних часів. Відкриття нового джерела або способу перетворення енергії для людства майже завжди означало революцію, прихід нової ери. Коли людина навчилася користуватися вогнем, вона могла ефективніше полювати на здобич, захищатись від негоди та хижаків, згодом спалювати кераміку, плавити метали. Відкриття парової машини означало початок промислової революції. Парові машини на шахтах, заводах, поїздах і пароплавах. З появою електрики розпочалась науково-технічна революція, якій ми зобов'язані своїм нинішнім рівнем життя. Кожне з цих відкриттів дозволяло людині працювати коротше і менш напружено, жити комфортніше. Але кожен з них також постраждав від здоров’я людей та навколишнього середовища. Безсумнівно, атомна енергетика, найважливіше відкриття 20 століття, є одним з найбільш суперечливих джерел енергії.

1.1. Енергія, "проклята" в речовині.

У 1905 році німецький фізик Альберт Ейнштейн відкрив зв’язок між енергією та речовиною. Він прийшов до думки, що матерія та енергія - це лише дві форми одного існування і що вони можуть перетворюватися одна на одну. Сполучною ланкою між речовиною та енергією є крилата формула E = mc2. Це означає, що в 1 кг маси прихована енергія становить 25 мільярдів кіловат-годин. Вчені підрахували, що з часу виявлення пожежі людина спожила приблизно 5 мільйонів мільярдів (5 000 000 000 000 000 000) кВт-год енергії. Це означає, що для задоволення всіх енергетичних потреб людини за останні чверть мільйона років, тобто з початку використання вогню, було б достатньо використовувати енергію, приховану в 200 кг речовини. Однак вчені досі не змогли знайти спосіб отримати цю "прокляту" енергію. При спалюванні деревини, вугілля та іншого викопного палива ми отримуємо максимум сто мільйонних відсотків, але навіть на атомних електростанціях ми не можемо виділити більше частки відсотка прихованої енергії. * теоретичне значення - ми припускаємо, що термоядерна електростанція мала б приблизно таку ж ефективність, як теплова електростанція

1.2 Можливі джерела ядерної енергії

Ми знаємо 3 можливі способи отримання енергії з атомного ядра. Вони є:

1.2.1. Ядерні батареї

Ядерні батареї використовують тепло, яке виробляється радіонуклідами під час спонтанних ядерних перетворень. Вони можуть мати порівняно велику потужність і тривалість життя при невеликих розмірах, наприклад, помаранчевий розмір ядерної батареї може забезпечити потужність у кілька ват. Вони використовують термоелектричний ефект Зеебека. Вони використовуються в супутниках, автоматичних метеостанціях тощо. Усередині Землі також надходить тепло під час спонтанних ядерних перетворень, а отже, також формується суть геотермальної енергії.

1.2.2. Ланцюгові реакції поділу

Вони використовують стаціонарну контрольовану реакцію ділення ланцюга, в якій ядра важких елементів (235U, 238Pu) розщеплюються потоком нейтронів і утворюються легші радіоактивні ядра та інші нейтрони. Ці реакції використовують усі атомні електростанції у світі, а також вони утворюють найбільшу частину радіоактивних відходів. Реакція поділу лавини була використана з ядерною зброєю, скинутою на Хіросіму (уранова бомба) та Нагасакі (плутонієва бомба) в 1945 році. Ці бомби відповідають за загибель приблизно 300 000 людей відразу після вибухів та ще десятки тисяч. Вибухи та випробування ядерної зброї також спричинили велику кількість ядерних відходів.

1.2.3. Ядерний синтез

2. Випромінювання

Випромінювання (син. Випромінювання) - це електромагнітне випромінювання, тобто будь-які електромагнітні хвилі, від довгих хвиль (радіохвиль) до γ променів. Однак під терміном випромінювання зазвичай розуміють частинки та хвилі, що випромінюються радіоактивними елементами. Я посилаюся на це вужче визначення випромінювання в цій роботі. Радіація врятувала життя мільйонам людей, коли вони використовувались для діагностики та лікування захворювань. Він також відповідальний за мільйони передчасних смертей, підступних хвороб та небажаних мутацій. За науковими оцінками, в результаті радіації загинуло в кілька разів більше людей, ніж відразу під час вибухів у Хіросімі та Нагасакі. Небезпека радіації полягає головним чином у тому, що ми не можемо безпосередньо сприймати її своїми почуттями. Якщо опромінена людина помічає, що щось не так, як правило, це занадто пізно. Радіація є супутнім явищем радіоактивності. Воно виникає як наслідок ядерних перетворень елементів в інші елементи. У вигляді випромінювання майже вся енергія виділяється під час ядерних реакцій. Для того, щоб краще зрозуміти вплив випромінювання на організм людини та навколишнє середовище, ми повинні знати принаймні основні властивості кожного виду випромінювання 2.1.Види випромінювання Радіоактивні речовини випромінюють три основних типи випромінювання. Вони є:

2.1.1. Частинки

α Альфа-частинка - це швидко летить ядро ​​гелію. Він складається з двох протонів і двох нейтронів. Завдяки відносно великим розмірам і вазі цю частинку можна зупинити аркушем паперу. Альфа-частинка швидко втрачає енергію і може проникати лише на невелику глибину маси, але вона все ще дуже енергійна, і якщо вона рухається досить швидко при контакті з клітиною людини, вона може проникнути в клітинну стінку і завдати серйозної шкоди його інтер’єр. Насправді альфа-випромінювання гірше впливає на кількість енергії, ніж будь-яка інша форма випромінювання. Недавні дослідження показали, що вплив альфа-частинок на хромосоми в тисячу разів перевищує гамма-випромінювання при одній і тій же енергії.

2.1.2. Β частинки

Майже у дві тисячі разів менша за альфа-частинку - це бета-частинка, яка має негативний заряд і ідентична електрону. Бета-частинка може проникати набагато глибше в масу, ніж альфа, може проходити через багато клітин тіла, поки не втратить енергію і не зупиниться.

2.1.3. Промені γ

Гамма-проміння - це електромагнітне випромінювання енергії, випромінюваної ядром радіоактивної речовини. Отже, це потік фотонів. Він має найбільшу проникну здатність і часто супроводжує альфа- та бета-викиди. Рентгенівські промені схожі на гамма-промені.

2.1.4. Космічне випромінювання

Космічне випромінювання має меншу довжину хвилі, ніж γ-промені. Він складається з високоенергетичних фотонів, що надходять з космосу. Разом з природною радіоактивністю гірських порід він утворює так зване фонове випромінювання, якому живі організми постійно піддаються мільйони років. Фонове випромінювання бере участь у мутаціях, які є важливим фактором еволюції. Однак це також спричиняє деяку кількість ракових захворювань. В штаті Керала, Індія, вважається, що неприродно велика кількість торію в ґрунті відповідає за високий рівень монголоідності, розумової відсталості та інших вроджених травм.

2.2. Вплив радіації на організм

Радіація пошкоджує тіло іонізацією, тобто виділенням електричного заряду атомів і молекул, що складають клітини тіла. Ефект радіації накопичувальний, що означає, що якщо організм протягом певного часу зазнає дії невеликих доз радіації, довгостроковий біологічний ефект (рак, лейкемія, генетичні зміни) майже такий самий імовірний, як при дії однієї великої дози . Ефекти випромінювання залежать від виду випромінювання. Гамма-випромінювання проникає в тканини на велику глибину без значної втрати інтенсивності. Бета-випромінювання може проникати в шкіру і руйнувати живі клітини. Альфа-частинки не можуть проникнути через цей бар’єр. Однак як альфа-, так і бета-частинки завдають найбільших і безповоротних збитків при попаданні в організм забрудненої їжі або води або при диханні в середовищі з радіоактивними речовинами. Радіація, зокрема, загрожує поділу клітин. З усіх живих істот у світі люди є одними з найбільш чутливих до канцерогенного та мутагенного впливу радіації. Ембріони людини, плоди, немовлята та маленькі діти надзвичайно чутливі до впливу радіації, оскільки їх клітини швидко діляться. Вплив радіації на організм також залежить від кількості радіації.

2.2.1. Гострий синдром пом’якшення мозку

Синдром гострого розм'якшення мозку викликаний дуже високою дозою іонізуючого випромінювання (приблизно 3000 видалень і більше). Вчені прагнули здійснити цей ефект шляхом створення нейтронної бомби, вибух якої залишить будівлі цілими (хоча вони можуть залишатися радіоактивними протягом багатьох років), але людський мозок і нервова тканина будуть зруйновані. Через сорок вісім годин після вибуху клітини мозку збільшуються, внаслідок чого тиск усередині черепа збільшується. Результатом є дезорієнтація, марення, приголомшення, психоз, атаксія (втрата контролю над м’язами) і лихоманка, що супроводжується коротким періодом ясності, а потім раптовою смертю.

2.2.2. Іррадіаційна хвороба

Доза в шістсот ремів і більше викликає гостру променеву хворобу. Тисячі японських свідків вибухів атомних бомб 1945 року померли від хвороби протягом двох тижнів. Таке опромінення вбиває всі активно діляться клітини тіла: у хворого випадає волосся, шкіра відпадає великими шматками, виникає блювота і перебільшення. Після знищення лейкоцитів і тромбоцитів хворі пацієнти піддаються інфекції або масивній кровотечі.

2.2.3. Рак

2.2.4. Мутації

Мутації - це зміни в геномі, що призводять до зміни певних властивостей або функцій клітини. Позитивні мутації - один із факторів еволюції. До негативних мутацій належать багато захворювань та синдромів (синдром Дауна - монголоїдність) або дегенерації розвитку (психічні та фізичні) та аномалії. Мутагенним фактором є не тільки випромінювання, мутації також можуть бути викликані різними хімічними речовинами, але випромінювання (природне та штучне) має в них велику частку. Велика небезпека у випадку мутацій полягає в тому, що вони не завжди повинні проявляти себе, а передаються з покоління в покоління як в домінантній, так і в рецесивній формі. Як і у випадку з раком, в організмах, які отримували невеликі дози опромінення, було показано збільшення кількості мутаційних розладів.

3. Ядерні відходи

3.1.Виробництво ядерних відходів

Навколишньому середовищу найбільше пошкодили радіоактивні речовини, що виділяються під час експериментальних ядерних вибухів в атмосфері, під поверхнею та під поверхнею. Ці випробування були заборонені міжнародними конвенціями. Сьогодні найбільшим виробником радіоактивних відходів є атомна енергія. До кінця 2000 року атомна промисловість виробила 200 000 тонн високорадіоактивних відпрацьованих паливних стрижнів. Якщо додати рідкі та тверді відходи, залишки обробки урану та все, що з ним контактувало, загальна кількість значно більша.

3.2.Методи поводження з ядерними відходами

3.2.1. Обробка

Оскільки ядерні відходи в основному є сумішшю радіоактивних та нерадіоактивних речовин, вигідно відокремлювати нерадіоактивні речовини, щоб з ними можна було поводитися, як з будь-якими іншими хімічними відходами. Це значно зменшить обсяги радіоактивних відходів. Крім того, вигідно класифікувати радіонукліди за часом розпаду. Деякі радіоактивні гази втрачають більшу частину своєї радіоактивності через кілька годин або днів. Частина відходів є рідкою і тому повинна пройти склування (затвердіння). Одним із способів використання відпрацьованого ядерного палива є його переробка. Він являє собою складне хімічне розділення окремих компонентів. Це дає кілька комерційних та військових речовин, таких як уран, який повторно використовується як паливо для ядерних реакторів, або плутоній, який використовується для виробництва ядерних бомб або змішаного оксидного палива (MOX (UPuO2) - суміші оксиду урану та плутоній,). Переробні заводи включають, наприклад, Lighthouse в Челябінській області Росії, La Hague у Франції та Selafield та Dounreay у Великобританії.

3.2.2. Збереження

4. Аварії та катастрофи

З переробкою ядерних відходів існує багато ризиків. Витоки радіоактивності в середовище проживання можуть бути спричинені несправністю обладнання, аварією під час транспортування радіоактивних речовин або людською помилкою або, що найгірше, грубою необережністю або незрозумілою байдужістю компетентних органів до проблем охорони здоров'я та довкілля. Окремі фактори часто пов'язані між собою та синергетично сприяють виникненню аварії. Я не відібрав чотири аварії відповідно до їх впливу на навколишнє середовище. Перші дві аварії - це демонстраційний збій технологій та людського фактора, інші дві - тривала катастрофа, що спричинена головним чином нещадністю у найвищих місцях.

4.1. Річка Крейда, Канада, 1952 рік

Під час випробувань керівник експериментального реактора раптом помітив, що частина контрольних стрижнів повністю витягнута. Тому він спустився вниз, де знайшов оператора, який відкрив клапани і таким чином витягнув з реактора цілі блоки контрольних стрижнів. Він негайно наказав їх вставити, але деякі залишились застрягли у верхньому положенні. Інший оператор помилився і продув повітря з системи тиску, яка мала вести стрижні управління. Реактор, потужність якого все ще зростала, був остаточно зупинений заливанням палива водою. Однак вода почала кипіти, а деякі паливні стержні тріснули. У будівлю було залито понад 4 мільйони літрів забрудненої води. Невідома частина цих речовин витекла в навколишнє середовище. Реактор був наполовину розплавлений, і його довелося утилізувати.

4.2. Ясловські Богуніце А1, 1977 рік

Я обрав цю аварію, оскільки ЗМІ не повідомляли про неї, і тому колишній режим зумів зберегти її в таємниці. Ця аварія стала причиною зупинки блоку А1 у Ясловських Богуніцях. Це аварія, класифікована згідно МАГАТЕ з 4-м рівнем INES (семибальна шкала; аварія на ЧАЕС має рівень 7). Оператори змінили паливні елементи, не перериваючи роботу реактора, і раптово запустили в реактор камеру, засмічену герметичним силікагелем. Тому охолоджуючий газ через нього не міг протікати і паливний елемент почав танути. Стінка каналу, в який була вставлена ​​камера, також була переплавлена, і сталося витоку радіоактивної води. Його відсутність спричинила плавлення інших паливних елементів. Зрештою, близько чверті з них розтанули.

4.3. Маяк

4.4. Красноярськ-26

5. Радіонукліди

6. Висновок

Ступінь забруднення навколишнього середовища внаслідок енергетики дуже велика. Багато з його наслідків добре відомі сьогодні і були вивчені досить детально. Прикладом є проблема спалювання вугілля та пов'язаного з ним виробництва парникових газів. Також відомі способи усунення цієї шкоди. Якби з сьогоднішнього дня не спалено ні кілограм будь-якого викопного палива, навколишнє середовище повернеться до свого початкового стану за відносно короткий час (кілька поколінь.) Інакше це стосується ядерної енергетики. Хоча атомні електростанції представлені як джерела чистої енергії, у разі аварії масштаб екологічної катастрофи в кілька разів більший і, що ще гірше, більш постійний. Оскільки багато високорадіоактивних речовин залишаються сяючими протягом багатьох мільйонів років, довкілля залишається пошкодженим дуже довго. Тому людству слід більш обережно підходити до енергії, прихованої в атомному ядрі, і таким чином зберігати Землю для тих, хто приходить після нас, для наших нащадків.