Ученики на Учителя.com


Дидактический материал "Атомная энергетика и ее экологические проблемы" 11 класс

Подборка материалов
к уроку
«Атомная энергетика
и ее
экологические проблемы»
В реакции деления ядер урана-235 выделяется энергия порядка 200 МэВ на
один акт деления. С учетом потерь энергии, уносимой нейтринным излучением,
реально выделяется примерно 20 МВт • ч на 1 г ядерного горючего.
Строительство первых АЭС по программе «Мирный атом» (термин
предложен американским президентом Д.Эйзенхауэром) началось в 50-е гг. прошлого
века в СССР и США, а затем — в других странах. Первая в мире АЭС была пущена в
1954 г. в Советском Союзе; она имела мощность 5 МВт и КПД 16%, потребляла в
сутки 30 г ядерного горючего (на тепловой электростанции такой же мощности
расходуется 100 т угля в сутки).
Экономические проблемы АЭС.
Производство электроэнергии на АЭС не связано с процессами горения и,
следовательно, с потреблением атмосферного кислорода, столь необходимого
биосфере. Не сжигая ископаемое органическое топливо и потому не выбрасывая в
атмосферу сотни миллионов тонн углекислого газа, оксидов серы и азота, АЭС стали
единственным крупным производителем электрической энергии, которые не
способствуют ни усилению парникового эффекта, ни выпадению кислотных осадков.
Если бы те 17% мирового производства электроэнергии, которые дают АЭС,
производили ТЭС, работающие на угле, то в атмосферу дополнительно поступало бы
около 1 млрд, т углекислого газа в год, а также десятки миллионов тонн оксидов серы,
азота и других вредных выбросов.
Противники атомной энергетики не считают этот довод решающим ар-
гументом в пользу АЭС, полагая такой способ сокращения вредных выбросов ТЭС
очень дорогим по сравнению с использованием, а) возобновляемых источников
энергии и б) мер по сбережению и более эффективному расходу электроэнергии
(улучшение качества электротехнического оборудования, в том числе бытовых
приборов, стабилизаторов частоты и напряжения электрического тока и др.). Именно
такой подход позволил США добиться значительного увеличения валового
национального продукта при относительно небольшом росте потребления всех видов
энергии и полном прекращении строительства новых АЭС (с середины 70-х гг.
прошлого века).
Сравним количество топлива, потребляемое обычными тепловыми стан-
циями и АЭС. Атомные станции не требуют такого количества дефицитного ис-
копаемого органического топлива, как ТЭС, они не вызывают загрузки перевозками
угля железнодорожный транспорт (в нашей стране эти перевозки составляют 40%
грузооборота железных дорог).
Рассмотрим топливный цикл атомной электростанции, который пред-
ставлен на рис.
Он состоит из двух частей:
4- первая (А) относится к переработке руды, изготовлению и обогащению соб-
ственно топлива;
4» вторая (Б) связана с хранением отходов и регенерацией ядерного горючего.
Регенерация — это совокупность радиохимических и химико-
металлургических процессов переработки ядерного топлива, использованного в
По принятой в России технологии отработанное ядерное топливо реакторов
типа РБМК остается в хранилищах на площадках АЭС навсегда; по данным
Госатомнадзора (ГАН) в настоящее время такие хранилища заполнены на 80— 90%.
Отработанное ядерное топливо реакторов других типов вывозят в хранилище
Горно-химического комбината в Железногорске (Красноярский край) или отправляют
на радиохимический завод по регенерации ядерного топлива в ПО «Маяк»
(Челябинская обл.).
Отработанные ТВЭЛы содержат плутоний, образовавшийся в результате
ядерных реакций:
Из отработанных ТВЭЛов на радиохимических заводах получают сплав
нитрата уранила с обогащением по изотопу урана-235—2,4% (пригоден только для
изготовления топлива для устаревших реакторов типа РБМК), изготавливают
плутониевые сердечники для ядерных реакторов на быстрых нейтронах, а также
ружейный плутоний для военной промышленности, который требует серьезных и
дорогостоящих мер по обеспечению безопасности.
Из схемы на рис. 2 видно, что килограммы ядерного топлива «требуют»
тысячи тонн исходного ядерного сырья; кроме того, нужна многоэтапная переработка,
связанная со сложнейшим технологическим процессом и притом дорогостоящим и
экологически опасным.
Рис. 2. Топливный Цикл дЛя АЭС мощностью I ГВт
Стоимость электрической энергии,
вырабатываемой на АЭС.
К сожалению, у нас нет данных о том, во что обходится строительство АЭС
(достаточно долговременное — порядка 10 лет, причем столько же времени уходит на
подготовку к строительству), как велики эксплуатационные расходы (известно, что
АЭС мощностью 1000 МВт обслуживает персонал в 1000 человек), сколько средств
нужно для строительства соцкультбыта (поскольку около АЭС всегда возникает
городская структура с населением порядка десятков тысяч человек) и сколько
потребует неизбежный демонтаж станции.
АЭС имеют ограниченный временной ресурс работы: ~ 25-30 лет. Такой
короткий срок службы АЭС объясняется тем, что со временем, несмотря на все меры
защиты, оборудование станции становится опасным в радиационном отношении.
Наблюдается также явление «охрупчивания», когда под влиянием нейтронного
облучения металлические конструкции теряют прочность и становятся хрупкими.
Демонтаж АЭС — наука и одновременно сложнейшее производство,
концепция которых не разработана до сих пор. Как считают многие специалисты
(энергетики, экологи и др.), предстоит «долгое прощание» с АЭС, причем полностью
демонтировать их и довести окружающую среду до состояния «зеленой лужайки»
(термин американских специалистов) не представляется возможным.
Потому в стоимость производимой АЭС энергии необходимо включать не
только затраты на строительство станции, но и расходы на ее демонтаж, стоимость
которого, по экспертным оценкам, сравнима со стоимостью самого сооружения.
Как уже говорилось выше, в середине 70-х гг. политика США в области
ядерной энергетики резко изменилась: строительство новых АЭС было прекращено,
несмотря на значительные уже сделанные затраты. Произошло это прежде всего по
экономическим причинам после расчета стоимости электроэнергии, производимой
АЭС, с учетом всех реальных составляющих. На рис. 3 приведена оценка стоимости
процессов, составляющих ядерный топливный цикл: 1— добыча природного урана, 2
— переработка и обогащение топлива, 3 — изготовление ТВЭлов, 4 — переработка и
захоронение радиоактивных отходов.
Анализ диаграммы показывает: во всем цикле производства топлива для
АЭС стоимость добычи урана (якобы главный показатель низкой стоимости элек-
трической энергии, производимой на АЭС) составляет лишь 2%; с учетом процессов
переработки, обогащения и изготовления ТВЭЛов будет 26%. Значительная же доля
затрат (74%) приходится на переработку и захоронение возникающих на всех этапах
цикла радиоактивных отходов (РАО).
На тепловых станциях, работающих на угле, образуются сотни тысяч тонн
зольных шлаков в год, тогда как твердые отходы АЭС составляют всего несколько
тонн. Но дело в том, что, если отходы ТЭС можно без особых затрат и с заметным
экономическим эффектом использовать (например, для производства строительных
материалов), то утилизация РАО — серьезная технологическая и финансовая
проблема, не имеющая до сих пор удовлетворительного решения.
Скачать материал

Физика - еще материалы к урокам: