ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

   В конце тысячелетия, когда общество все дальше продвигается по пути техногенного развития, развиваются уже существующие и зарождаются новые производственные отрасли, когда «высокие технологии»  вошли практически в каждый современный дом и многие люди не могут представить жизни без них, мы более отчетливо видим неограниченность человеческих потребностей. Чем больше человечество создает, тем  больше оно потребляет, в том числе такой важный ресурс, как энергия.

   Человечество с древних времен искало новые источники энергии. К середине XX столетия были освоены почти все ее природные источники, причем использование их в промышленных масштабах привело к значительному загрязнению отходами производства окружающей среды, особенно в крупных, промышленно развитых городах.

   Опыт  прошлого свидетельствует, что проходит не менее 80 лет, прежде чем одни основные источники энергии заменяются другими - дерево заменил уголь, уголь - нефть, нефть - газ, химические виды топлива  заменила атомная энергетика. История овладения атомной энергией - от первых опытных экспериментов - насчитывает около 60 лет, когда в 1939г. была открыта реакция деления урана.

   Овладение  ядерной энергией – величайшее, ни с чем не соизмеримое достижение науки и техники XX в. Высвобождение внутриядерной энергии атома, проникновение в природные кладовые тайн вещества, атома превосходит все, что когда-либо ранее удавалось сделать людям. Новый источник энергии огромной мощности сулил неоценимые богатейшие возможности.

   Для открытия такого вида энергии, как внутриядерная энергия атома, понадобились долгие годы упорной и самоотверженной работы ученых многих поколений и разных стран.

   Высвобождение внутриядерной энергии атома  потребовало такого уровня развития науки, такого научно-технического оборудования, такой аппаратуры, химических материалов, такой высокой культуры и техники производства, которые смогли сложиться в мире только к середине XX столетия. Однако человечество должно было пройти долгий путь поисков, преодолеть множество препятствий, опровергнуть прежние представления о природе вещей.

   В настоящее время с каждым годом антропогенное воздействие на окружающую среду становится все более значительным и представляет угрозу благополучному существованию всего человечества. Опасности, связанные с техногенными процессами, все чаще вызывают глубокие опасения за будущее нашей планеты. В этой связи одной из основных задач является подготовка высококвалифицированных  специалистов с целью обеспечения безопасности индустрии и энергетики в частности, а также предотвращения серьездных аварий и разрушительных экологических катастроф.

   Основными задачами данной работы являются:

• раскрыть сущность и особенности атомной энергии;
• объяснить, как и каким образом появилась атомная энергия;
• рассказать об основных проблемах связанных с атомной энергией;
• выяснить причины и предпосылки использования атомной энергии в военных и мирных целях;

   Среди источников информации, использованных при написании данной работы, следует  отметить разнообразные книги физического и экономического содержания, различные интернет сайты, справочники и энциклопедии, в которых четко и понятно разобраны все вопросы касаемо проблем использования, этапов развития, безопасности и влияния ядерной энергии на окружающую среду и человечество.

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ

1.1 ОСОБЕННОСТИ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

   Энергия - это основа основ. Все блага цивилизации, все материальные сферы деятельности человека - от стирки белья до исследования Луны и Марса - требуют расхода  энергии. И чем дальше, тем больше.

     На сегодняшний день энергия  атома широко используется во  многих отраслях экономики. Строятся  мощные подводные лодки и надводные  корабли с ядерными энергетическими  установками. С помощью мирного  атома осуществляется поиск полезных  ископаемых. Массовое применение в биологии, сельском хозяйстве, медицине, в освоении космоса нашли радиоактивные изотопы.

   Значение  атомных электростанций в энергобалансе  любой страны трудно переоценить. Гидроэнергетика  требует создания крупных водохранилищ, под которые затапливаются большие площади плодородных земель. Вода в них застаивается и теряет свое качество, что, в свою очередь, обостряет проблемы водоснабжения, рыбного хозяйства и индустрии досуга.

   Теплоэнергетические станции в наибольшей степени  способствуют разрушению биосферы и природной среды Земли. Они уже израсходовали  десятки тонн органического топлива (угля). Для его добычи в сельском хозяйстве и других сферах экономики изымаются огромные земельные площади. В местах открытой добычи угля образуются «лунные ландшафты», а повышенное содержание золы в топливе является основной причиной выброса в воздух десятков миллионов тонн SO₂.  Тепловые энергетические установки во всем мире выбрасывают в атмосферу за год до 250 млн тонн золы и около 60 млн тонн сернистого ангидрида.

   Атомные электростанции (АЭС) –это третий «кит»  в системе современной мировой  энергетики. Техническая обеспеченность АЭС, бесспорно, являются крупнейшим достижением  научно-технического прогресса (НТП). В  случае их безаварийной работы не производится практически никакого загрязнения окружающей среды, кроме теплового. Правда в результате работы АЭС (и предприятий атомного топливного цикла) образуются радиоактивные отходы, представляющие потенциальную опасность для всего живого. Обнадеживает тот факт, что объем радиоактивных отходов довольно мал, они весьма компактны, и их можно хранить в таких условиях, которые гарантируют отсутствие утечки. АЭС много экономичнее обычных тепловых электростанций, а, самое главное, при их правильной  эксплуатации – это чистые источники энергии.

   В 1990 году атомными электростанциями мира производилось 16% всей электроэнергии. Такие электростанции pаботали в 31 стpане и стpоились еще в 6 стpанах. Ядерный сектор энергетики наиболее значителен во Фpанции, Бельгии, Финляндии, Швеции, Болгаpии и Швейцаpии, т.е. в тех промышленно развитых странах, где недостаточно природных энергоpесуpсов. Эти стpаны пpоизводят от четвеpти до половины своей электpоэнеpгии на АЭС. США пpоизводят на АЭС только восьмую часть своей электpоэнеpгии, но это составляет около одной пятой ее миpового пpоизводства.

   Вместе  с тем, развивая ядерную энергетику в интересах экономики, нельзя забывать и о безопасности и здоровье людей, так как ошибки могут привести к катастрофическим последствиям.Всего с момента начала эксплуатации атомных станций в 14 странах мира произошло более 150 инцидентов и аварий различной степени сложности. Наиболее характерные из них: в 1957 г. – в Уиндскейле (Англия), в 1959 г. – в Санта-Сюзанне (США),  в 1961 г. –  в  Айдахо-Фолсе  (США), в 1979 г. – на АЭС Три-Майл-Айленд (США), в 1986 г. – на Чернобыльской АЭС ( бывший СССР, сейчас Украина).

   Атомная энергетика по-прежнему остается предметом  острых дебатов. Сторонники и противники атомной энергетики резко расходятся в оценках ее безопасности, надежности и экономической эффективности. Кроме того, широко pаспpостpанено мнение о возможной утечке ядерного топлива из сферы выработки электpоэнеpгии и его использовании для создания ядерного оружия.

1.2 РЕСУРСЫ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

   Естественным  и немаловажным представляется вопрос о ресурсах самого ядерного топлива. Достаточны ли его запасы, чтобы  обеспечить широкое развитие ядерной  энергетики? По оценочным данным, на всем земном шаре в месторождениях, пригодных для разработки, имеется несколько миллионов тонн урана. Это довольно много, но необходимо также учитывать, что в получивших в настоящее время широкое распространение АЭС с реакторами на тепловых нейтронах лишь очень небольшая часть урана (около 1%) используется для выработки энергии. Поэтому при специализации только на реакторах с тепловыми нейтронами, ядерная энергетика по соотношению ресурсов не так уж много может добавить к обычной энергетике - всего лишь около 10%. Глобального решения надвигающейся проблемы энергетического голода не получается.

   Совсем  иные перспективы появляются в случае применения АЭС с реакторами на быстрых  нейтронах, в которых используются практически весь добываемый уран. Это означает, что объем потенциальных  ресурсов ядерной энергетики с реакторами на быстрых нейтронах примерно в 10 раз больше чем в  традиционной (на органическом топливе). Более того, при полном использовании урана становится рентабельной его добыча в месторождениях с малой его концентрацией. А это в конечном счете означает практически неограниченное (по современным масштабам) расширение потенциальных сырьевых ресурсов ядерной энергетики.

   Итак, применение реакторов на быстрых  нейтронах значительно расширяет  топливную базу ядерной энергетики. Однако может возникнуть вопрос: если реакторы на быстрых нейтронах так хороши, и существенно превосходят реакторы на тепловых нейтронах по эффективности использования урана, то почему последние вообще строятся? Почему бы с самого начала не развивать ядерную энергетику на основе реакторов на быстрых нейтронах? Прежде всего, следует сказать, что на первом этапе развития ядерной энергетики, когда суммарная мощность АЭС была мала и ресурсов было достаточно, вопрос об их воспроизводстве не стоял так остро. Поэтому основное преимущество реакторов на быстрых нейтронах - большой коэффициент воспроизводства - еще не являлся решающим.

     В то же время вначале реакторы  на быстрых нейтронах оказались  не готовыми к внедрению. Дело  в том, что при своей кажущейся  относительной простоте (отсутствие  замедлителя) они технически более сложны, чем реакторы на тепловых нейтронах. Для их создания необходимо было решить ряд серьезных проблем, что потребовало продолжительного времени. Эти проблемы связаны в основном с особенностями использования ядерного топлива, которые, как и способность к воспроизводству, по-разному проявляются в реакторах различного типа. Однако в отличие от последней эти особенности сказываются более благоприятно в реакторах на тепловых нейтронах.

   Первая  из этих особенностей заключается в  том, что ядерное топливо не может быть израсходовано в реакторе полностью, как расходуется обычное химическое топливо. Последнее, как правило, сжигается в топке до конца. Возможность протекания химической реакции практически не зависит от количества вступающего в реакцию вещества. Цепной ядерной реакцией не происходит, если количество топлива в реакторе меньше определенного значения, называемого критической массой.

   Уран (плутоний) в количестве, составляющем критическую массу, не является топливом в собственном смысле этого слова. Он на время как бы превращается в некоторое инертное вещество наподобие железа или других конструкционных материалов, находящихся в реакторе. Выгорать может лишь та часть топлива, которая загружается в реактор сверх критической массы. Таким образом, ядерное топливо в количестве, равном критической массе, служит своеобразным катализатором процесса, обеспечивает возможность протекания реакции, не участвуя в ней.

   Естественно, что топливо в количестве, составляющем критическую массу, физически неотделимо в реакторе от выгорающего топлива. В тепловыделяющихся элементах, загружаемых в реактор, с самого начала помещается топливо, как для создания критической массы, так и для выгорания. Значение критической массы неодинаково для различных реакторов и в общем случае относительно велико.

   Так, для серийного отечественного энергетического  блока с реактором на тепловых нейтронах ВВЭР-440 (водо-водяной энергетический реактор мощностью 440 МВт) критическая  масса уран-235 составляет 700 кг. Это  соответствует 2 млн тонн угля. Иными словами, применительно к электростанции на угле той же мощности это означает обязательное наличие при ней такого довольно значительного количества неприкосновенного запаса угля. Ни один киллограмм из этого запаса не расходуется и не может быть израсходован, однако без него электростанция работать не может.

   Наличие такого крупного количества "замороженного" топлива, хотя и сказывается отрицательно на экономических показателях, но в  силу реально сложившегося соотношения  затрат для реакторов на тепловых нейтронах оказывается не слишком обременительным. В случае же реакторов на быстрых нейтронах с этим приходится считаться более серьезно.

   Реакторы  на быстрых нейтронах обладают существенно  большей критической массой по сравнению  с реакторами на тепловых нейтронах (при заданных размерах реактора). Это объясняется тем, что быстрые нейтроны при взаимодействии со средой оказываются более "инертными", чем тепловые. В частности, вероятность вызвать деление атома топлива (на единицы длины пути) для них в сотни раз меньше, чем для тепловых. Для того, чтобы быстрые нейтроны не вылетали без взаимодействия за пределы реактора и не терялись, их "инертность" необходимо компенсировать увеличением количества закладываемого топлива с соответствующим возрастанием критической массы.