Главная страница
qrcode

Учебно-методическое пособие


НазваниеУчебно-методическое пособие
Дата14.05.2019
Размер1.66 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаEkologia_metodichka_2016-2017_1.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипУчебно-методическое пособие
#62998
страница8 из 8
Каталог
1   2   3   4   5   6   7   8
Физико-химические основы ядерных реакций. Создание ядерного реактора стало возможным благодаря сделанному в 1939 г. немецкими учеными О. Ганом и Ф.
Штрассманном открытию деления ядер урана под действием нейтронов любой энергии. Ядра всех тяжелых элементов относятся к категории делимых, те. способных разделиться под действием нейтронов, находящихся в ядерном реакторе. Однако цепная реакция деления может быть осуществлена лишь при наличии в ядерном реакторе нуклидов, способных делиться под действием нейтронов с произвольной кинетической энергией. К таким нуклидам относятся уран, уран, плутоний и плутоний. Из них лишь уран встречается в природе, а плутоний и уран — искусственные, они образуются в ядерном реакторе (в результате захвата нейтронов ядрами урана и тория с двумя последующими бета-распадами). При делении ядра тяжелого элемента образуются две примерно равные части (осколки, представляющие собой ядра новых элементов. Отталкиваясь друг от друга, они разлетаются в противоположные стороны, набирая значительную по атомным масштабам энергию около 170 МэВ. Количество образовавшихся новых нейтронов значительно превышает количество поглощенных нейтронов, при этом возникают так называемые запаздывающие нейтроны. Основное количество нейтронов, образующихся при делении (более 99 %), испускается немедленно после деления ядра (т. н.
142 мгновенные нейтроны. Запаздывающие же нейтроны (менее 1 %) испускаются через некоторое время (около 0,1 с) при радиоактивном распаде некоторых типов ядер, являющихся продуктами деления ядер исходного тяжелого элемента. Только благодаря запаздывающим нейтронам возможно осуществлять управление цепной реакцией деления в ядерном реакторе. Принцип работы. Схема работы атомной электростанции с двухконтурным водо-водяным энергетическим реактором показана на рисунке Е. Рисунок Е Схема атомной электростанции На рисунке Е показана схема работы атомной электростанции с двухконтурным водо-водяным энергетическим реактором. Энергия, выделяемая в активной зоне реактора, передаётся теплоносителю первого контура. Далее теплоноситель поступает в теплообменник (парогенератор, где нагревает до кипения воду второго контура. Полученный при этом пар поступает в турбины, вращающие электрогенераторы. На выходе из турбин пар поступает в конденсатор, где охлаждается большим количеством воды, поступающим из водохранилища. При этом забираемая вода имеет
143 естественную температуру, а поступающая обратно в водоем - примерно на Свыше. Существуют строгие нормативы по температуре нагрева, которые дополнительно ужесточаются с учетом местных экосистем, но так называемое тепловое загрязнение водоема является, вероятно, самым значимым экологическим ущербом от атомных электростанций. Этот недостаток не является принципиальными непреодолимым. Чтобы избежать его, наряду с водоемами-охладителями (или вместо них) используются градирни. Они представляют собой огромные сооружения в виде конических труб большого диаметра. Охлаждающая вода, после нагрева в конденсаторе, подается в многочисленные трубки, расположенные внутри градирни. Эти трубки имеют небольшие отверстия, через которые вода вытекает, образуя внутри градирни гигантский душ. Падающая вода охлаждается за счет атмосферного воздуха и собирается под градирней в бассейне, откуда забирается для охлаждения конденсатора. Над градирней в результате испарения воды образуется белое облако. Компенсатор давления представляет собой довольно сложную и громоздкую конструкцию, которая служит для выравнивания колебаний давления в контуре вовремя работы реактора, возникающих за счёт теплового расширения теплоносителя. Помимо воды, в различных реакторах в качестве теплоносителя могут применяться также расплавы металлов натрий, свинец, эвтектический сплав свинца с висмутом и др. Использование жидкометаллических теплоносителей позволяет упростить конструкцию оболочки активной зоны реактора (в отличие от водяного контура, давление в жидкометаллическом контуре не превышает атмосферное, избавиться от компенсатора давления. Общее количество контуров может меняться для различных реакторов, схема на рисунке приведена для
144 реакторов типа ВВЭР. Реакторы типа РБМК использует один водяной контур. Отходы. К радиоактивным отходам (РАО) относятся не подлежащие дальнейшему использованию вещества в любом агрегатном состоянии, материалы, изделия, оборудование, объекты биологического происхождения, газообразная среда, грунта также породы, руды и отходы обогащения и выщелачивания руд, в которых содержание радионуклидов превышает уровень, установленный нормативными правовыми актами. К РАО относят и отработавшие свой ресурс или поврежденные радионуклидные источники вещества, содержащие один или несколько радионуклидов, заключенные в оболочку или зафиксированные другим способом в объеме или на поверхности какого-либо материала. Отработанное ядерное топливо (ОЯТ) облученные тепловыделяющие элементы, изъятые из реактора после их отработки, в некоторых странах (США, Швеция, Канада, Испания, Финляндия) относят к категории РАО ив дальнейшем не перерабатывают. В России часть ОЯТ не подлежит дальнейшему использованию и, следовательно, является РАО, а часть поступает на переработку для извлечения из него ряда составляющих. Совокупность всех видов деятельности, связанных со сбором, транспортировкой, переработкой, хранением и захоронением РАО, называется обращением с радиоактивными отходами. Извлеченное из активной зоны реактора отработанное ядерное топливо в тепловыделяющих сборках хранят в бассейне выдержки на АЭС в течение 510 лет для снижения в них тепловыделения и распада короткоживущих радионуклидов. Этой операцией, обязательной для всех АЭС, завершается топливный цикл реактора.
Дальнейшие операции с отработанным ядерным топливом в России имеют два направления
145 непосредственное захоронение в качестве отходов (пока обеспечивается долговременное хранение, реализуя схему разомкнутого ядерного топливного цикла, и переработка
ОЯТ для извлечения делящихся материалов (плутоний, уран) и топливного сырья (уран) для повторного использования схема замкнутого ядерного топливного цикла. Переработка (репроцессинг) ОЯТ заключается в извлечении урана, накопленного плутония и фракций осколочных элементов (96 % ОЯТ это уран и уран, около 1 % плутоний, 23 % радиоактивные осколки деления. В результате радиохимической переработки отработанного ядерного топлива образуется большой объем РАО, поэтому многие страны (США, Канада, Швеция, Испания) ориентируются на долговременное (до 50 лет) хранение ОЯТ, что дает возможность подготовиться к окончательному захоронению. Основная масса ОЯТ размещается в хранилищах на площадках АЭС или централизованных хранилищах. Различают т. н. мокрое хранение (в бассейнах выдержки под водой) и сухое (в среде инертного газа или воздуха в контейнерах или камерах. Образующиеся высокоактивные жидкие РАО сначала упариваются домна т ОЯТ), а затем подвергаются остеклованию, те. переводятся в твердое состояние. Емкости с остеклованными отходами после остывания помещаются в стальные пеналы, которые герметично заваривают и устанавливают во временное хранилище с регулируемым теплоотводом. Контролируемый теплоотвод необходимо вести 20 и более лет перед окончательным захоронением РАО. Самый сложный процесс захоронение РАО, те. размещение радиоактивных отходов в хранилище без последующего изъятия. Надежность изоляции РАО в таких хранилищах или могильниках должна быть обеспечена на сотни, а иногда и тысячи лет.
146 Воздействие радиоактивных веществ на окружающую среду и живые организмы. Радионуклиды, поступающие в ОС при работе АЭС, представляют собой в основном продукты деления. Основную часть из них составляют инертные радиоактивные газы (ИРГ), которые имеют малые периоды полураспада и потому не оказывают ощутимого воздействия на окружающую среду (они распадаются раньше, чем успевают воздействовать. Кроме продуктов деления некоторую часть выбросов составляют продукты активации (радионуклиды, образовавшиеся из стабильных атомов под действием нейтронов. Значимыми сточки зрения радиационного воздействия являются долгоживущие радионуклиды
(ДЖН, основные дозообразующие радионуклиды - цезий, стронций, хром, марганец, кобальт) и радиоизотопы йода в основном йод. При этом их доля в выбросах АЭС крайне незначительна и составляет тысячные доли процента. Радиоактивные выбросы АЭС на 1-2 порядка ниже предельно допустимых то есть приемлемо безопасных) значений, а концентрация радионуклидов в районах расположения АЭС в миллионы раз меньше ПДК ив десятки тысяч раз меньше природного уровня радиоактивности. Радиоактивные вещества при мощных ядерных взрывах в атмосфере частично выпадают на месте взрыва около 12 %), частично задерживаются в тропосфере в среднем на 30 суток (около 10 %), а примерно 75 % радионуклидов поступает в стратосферу и впоследствии выпадает по всему земному шару. В верхние слои атмосферы (выше 50 км) попадает около 3 % всех радионуклидов. С учетом поступивших в окружающую среду радионуклидов за фоновые приняты следующие величины плотности загрязнения цезий — 0,08Ки/км
2
, стронций — 0,045 Ки/км
2
, плутоний — 0,005 Ки/км
2
Почва. Радиоактивные вещества, отложившиеся на поверхности почвы, могут перемещаться в горизонтальном
147 и вертикальном направлении под действием различных процессов. Почва довольно прочно удерживает попадающие в нее радиоактивные вещества, однако в зависимости от типа почвы меняется степень поглощения радионуклидов, прочность их связи. Например, прочность удержания радионуклидов выше на почвах более тяжелого состава (глина, суглинок) или имеющих щелочную реакцию среды. Поглощение почвой радионуклидов препятствует их миграции вниз по профилю почвы, проникновению в грунтовые воды и определяет их аккумуляцию в верхних почвенных горизонтах. Гидросфера В жидкие сбросы АЭС радионуклиды могут попасть при появлении протечек пром-контура, системы охлаждения конденсаторов турбина также с дебалансными водами. Больше всего водоемы-охладители загрязнены тритием. В основном влияние АЭС на увеличение радиоактивности воды прослеживается в сбросных каналах и прилегающей к ним акватории водоема-охладителя. Поскольку радиоактивность жидких сбросов АЭС, как правило, весьма мала и не превышает контрольных уровней, регламентированных нормами радиационной безопасности, концентрация техногенных радионуклидов вводе существенно ниже уровня естественного радиоактивного фона и не представляет опасности для населения. Вследствие процессов накопления радионуклидов водными организмами вероятность обнаружения в них (особенно вводных растениях) техногенных радионуклидов существенно выше, чем вводе. Для большинства рыб концентрация техногенных радионуклидов не превышает нескольких процентов от уровня естественного радиоактивного фона. Может наблюдаться биологический перенос техногенных радионуклидов (в тканях рыб) в реки, впадающие в водоем-охладитель. Дополнительные дозы облучения населения от потребления рыбы, выловленной водоемеохладителе АЭС, как правило, не превышают 10 мкЗв/год
148
(1% дозы от воздействия естественного радиоактивного фона. Уровень облучения водных организмов при нормальной эксплуатации АЭС не выходит за пределы малых доз. Потенциальным источником поступления радионуклидов вводную среду являются хранилища радиоактивных отходов. Разгерметизация емкостей хранилищ и нарушения гидроизоляции могут привести к попаданию радиоактивных веществ в грунтовые воды. Растения Степень усвоения радиоактивности растениями зависит отряда причин (от самого радионуклида, от содержания микроэлементов в почве, от свойств растения. В зависимости отвеличины частиц на поверхности растений может задерживаться от 8 до 90 % выпавшей на землю радиоактивной пыли. В частности, на поверхности растений задерживается до 25 % частиц размером менее 44 мкм (при густом травостое, более 25 % частиц размером менее 1-2 мкм и до 90 % глобальных осадков, выпадающих из стратосферы. Радиоактивные вещества, выпадающие на растения из атмосферы, не только загрязняют их, но и частично всасываются внутрь. В частности, внутрь через листья наиболее активно всасываются изотопы цезия, хуже изотопы стронция и других элементов. Радиоизотопы поступают в растения также из почвы, при этом лучше усваиваются изотопы стронция и хуже изотопы других элементов. Лучевое поражение у растений проявляется в торможении роста и замедлении развития, снижении урожая, понижении репродуктивного качества семян, клубней, корнеплодов. При больших дозах облучения возможна гибель растений, проявляющаяся в остановке их роста и усыхании. Животные В организм животных радионуклиды попадают с пищей, через легкие и наружные покровы. В организм растительноядных животных они проникают с травой, лишайниками и пр, в организм хищных - сих жертвами. Пищевые продукты растительного происхождения (зерно, овощи, фрукты) на полях ив садах являются источниками поступления радиоактивных веществ в организм сельскохозяйственных животных и загрязнения получаемых от них продуктов - мяса, молока. Накопление радионуклидов у животных и переход их в молоко, мясо, яйца зависят от свойств радионуклидов, уровня загрязнения кормов и особенностей самих животных. Общее внешнее гамма-излучение на радиоактивном следе вызывает у животных лучевую болезнь, которая в зависимости от величины дозы и продолжительности облучения может быть разной тяжести. Внешнее воздействие бета-частиц сопровождается радиационным поражением кожных покровов. У животных наиболее часто отмечаются поражения кожи на спине. Человек. Эффекты воздействия радиации на человека обычно делятся на две категории
1) Соматические (телесные) - возникающие в организме человека, который подвергался облучению.
2) Генетические - связанные с повреждением генетического аппарата и проявляющиеся в следующем или последующих поколениях это дети, внуки и более отдаленные потомки человека, подвергшегося облучению. Повреждения, вызываемые большими дозами облучения, обыкновенно проявляются в течение нескольких часов или дней. Раковые заболевания, однако, проявляются спустя много лет после облучения – как правило, не ранее чем через одно-два десятилетия. А врожденные пороки развития и другие наследственные болезни, вызываемые повреждением генетического аппарата, по определению проявляются лишь в следующем или последующих поколениях это дети, внуки и более отдаленные потомки индивидуума, подвергшегося облучению. Радиационные эффекты облучения человека представлены в таблице Е.
150 Таблица Е Радиационные эффекты облучения человека соматические эффекты генетические эффекты лучевая болезнь генные мутации локальные лучевые поражения хромосомные аберрации лейкозы опухоли разных органов Таблица Е Воздействие различных доз облучения на человеческий организм Доза, гр Результат воздействия
(0,7 - 2) доза от естественных источников в год
0,05 предельно допустимая доза профессионального облучения в год
0,1 уровень удвоения вероятности генных мутаций
0,25 однократная доза оправданного риска в чрезвычайных обстоятельствах
1,0 доза возникновения острой лучевой болезни
3 - 5 без лечения 50% облученных умирает в течение 1-2 месяцев вследствие нарушения деятельности клеток костного мозга
10 - 50 смерть наступает через 1-2 недели вследствие поражений главным образом желудочно-кишечного тракта
100 смерть наступает через несколько часов или дней вследствие повреждения центральной нервной системы Достоинства и недостатки АЭС. ДОСТОИНСТВА НЕДОСТАТКИ

1. практическая
1. тепловое загрязнение,
151 независимость от источников топлива из-за небольшого объёма используемого топлива вызванное большими расходами технической воды для охлаждения конденсаторов турбин, которое у АЭС несколько выше из-за более низкого КПД
2. затраты на строительство аэс по оценкам, составленным на основе реализованных в х годах проектов, ориентировочно равны
2300
$ за кВт электрической мощности
2. тяжелые последствия аварий, для исключения которых АЭС оборудуются сложнейшими системами безопасности с многократными запасами и резервированием, обеспечивающими исключение расплавления активной зоны даже в случае максимальной проектной аварии
3. относительная экологическая чистота отсутствие пылегазовых выбросов, отсутствие потребления кислорода, удельная активность выбросов ниже, чем от
ТЭС)
3. ликвидация после выработки ресурса может составить до 20 % от стоимости их строительства
4. АЭС отводят часть тепла на нужды отопления и горячего водоснабжения городов, что снижает непродуктивные тепловые потери
5. производство электроэнергии на АЭС не дороже, чем на
4. нежелательна работа в манёвренных режимах, то есть покрытие переменной
152 пылеугольных и тем более газомазутных ТЭС части графика электрической нагрузки
6. расходы на перевозку ядерного топлива, в отличие от традиционного, ничтожны ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Алтайский край. Общие сведения Алтайский край (А.к.) расположен на юге Западной Сибири, в бассейне верхнего течения Оби и её истоков –
Бии и Катуни. Охватывает почти весь Алтай, западные склоны Салаира и примыкающие к ним равнинные и предгорные территории – Степной Алтай. Граничит на юго-востоке с Монголией и Китаем. В состав края входит
Горно-Алтайская автономная область. Центр – г.Барнаул. Карта Алтайского края представлена на рисунке Ж.
153 Рисунок Ж Карта Алтайского края
34
Природа. Территория А.к. делится на две неравные части – равнинную игорную. Северо-западная часть территории, занимающая 3/5 всей площади, – юговосточная окраина Западно-Сибирской равнины. Наиболее крупные её части – Кулундинская степь и Приобское плато на левобережье Оби, предгорья и склоны Салаирского кряжа – на правобережье. Почти 9/10 территории А.к. орошается реками бассейна Оби и её истоков – Бии и Катуни, остальные реки принадлежат бессточному бассейну Кулундинской степи. В равнинной части края все крупные реки транзитные, берут начало в горах Алтая. Гидрографическая сеть равнины редкая мелкие реки, начинающиеся в пределах равнины, мелководны, с медленным течением. Крупнейшие озёра на равнине –
Кулундинское, Кучукское и Михайловские, в горах –
Телецкое. Климат В равнинной части климат умеренный, резко континентальный с продолжительной холодной и малоснежной зимой, с жаркими часто засушливым летом. Климат горной части характеризуется большой неравномерностью, горы получают значительно больше осадков. Почвы Зональными для равнинной части края являются чернозёмные почвы широко развиты главным образом в западной части края засоленные почвы солонцово-солончакового ряда. Растительность Почти 1/3 территории края покрыта лесом. Равнинную часть занимают зоны степи и лесостепи. Степная растительность почти не сохранилась, большая часть территории распахана. Сохранились сосновые боры и берёзовые колки во многих местах –
34
подлинник карты в цветном варианте можно найти по адресу
154 полезащитные лесные полосы. Склоны гор заняты лесами из лиственницы, сибирской пихты и сибирской кедровой сосны. Растительность долин и межгорных котловин меняется от полупустынь Юго-восточного Алтая до красочных луговых степей в районах предгорий. В горах за пределом верхней границы распространения лесов располагается пояс альпийских и субальпийских лугов и высокогорных тундр. Животный мир В степях обильны грызуны, из хищников – волк, лисица, степной хорёк; из птиц – степные жаворонки и кулики, дрофа, стрепет, степной орёл
26
. По долинам рек – водоплавающая птица. В горах лось, марал, горные козлы и бараны. В юго-восточной части А.к. расположен Алтайский заповедник. Природные районы 1) Кулундинская степь 2)
Приобское плато 3) долина Оби – современная и древняя долина верхнего течения Оби с широкими надпойменными и пойменными террасами
4)
Бийско-Чумышская лесостепь 5) предгорья Алтая – лесостепь с мягким холмистым рельефом 6) предгорья Салаира – лесостепь на западном склоне Салаирского кряжа 7) Алтай – наиболее возвышенная часть края. В
А.к. имеются курорты, в их числе бальнеологический курорт с радиоактивными источниками
Белокуриха – в предгорьях Алтая горноклиматический курорт Чемал для больных туберкулёзом; климатический курорт Лебяжье. Промышленность Энергетика базируется на угле Кузбасса и частично на гидроэнергии, получаемой от УстьКаменогорской (Казахстан) и Новосибирской ГЭС. Добываются нерудные стройматериалы (камень, цементное сырь, известь, песчано-гравийная смесь, песок, золото, ртуть, цветные и редкие металлы, поделочные цветные камни. Важное значение имеет добыча поваренной, глауберовой солей и соды воз рах Кулунды. Древесина,
35
Внесены в Красную книгу СССР
155 заготовляемая на западных склонах Салаира, в северовосточных предгорьях Алтая и отчасти в сосновых массивах правобережья Оби, сплавляется по рекам к железной дороге Барнаул, Бийск,
Тальменка). Производится также сбор живицы и переработка её на пихтовое и терпентинное масла, канифоль и скипидар. Внутренние различия 1) Предалтайская лесостепь
– наиболее заселённая часть края с главными промышленными центрами (Барнаул, Бийск, Новоалтайск, Рубцовск, важнейший район зернового хозяйства и животноводства, пригородного сельского хозяйства. 2)
Кулундинская степь – крупное земледелие (пшеница, мясомолочное животноводство, маслоделие, тонкорунное овцеводство, посевы подсолнечника химическая и пищевая промышленность, добыча и переработка озёрных солей. 3) Горно-Алтайская АО – животноводство с очагами земледелия, охотничий промысел, пантовое звероводство, горнодобывающая промышленность. ПРИЛОЖЕНИЕ И Общие положения, учитываемые при размещении электростанций
1. При определении места расположения станции необходимо учитывать, что при получении электроэнергии требуется значительное количество холодной воды охлаждающие воды) – для получения 1 кВт/час электроэнергии, например, на тепловой электростанции требуется дом охлаждающей воды. Для выполнения этого требования необходимо рядом с электростанцией иметь водоем. Но это должен быть проточный водоем – река. Озера используются крайне редко в качестве источника охлаждающих вод. При любом типе электростанций выполняются работы по строительству водохранилища. Однако объем водохранилища может (и должен) быть разный.
156
2. При выборе места расположения электростанции необходимо учитывать следующее а ТЭС должна быть максимально приближена к большому городу или промышленному предприятию, которые и будут основными потребителями ее электроэнергии. б атомную станцию строят в сейсмически неопасном месте. Горная система Алтая имеет (по расчетам) максимальную сейсмичность 6 баллов, что вполне допустимо для атомной станции. Для атомной станции очень важно выбрать доступное сточки зрения автомобильных дорог место (ядерное топливо, в основном, доставляют по автодорогам со всей осторожностью. в гидростанции, построенные на равнине, оказывают большее воздействие на природу, чем построенные в горной местности – поднятие воды на полметра приводит к затоплению 12 км земли. Необходима река с достаточной энергетической емкостью. г не разрешается занимать для строительства электростанций местность, представляющую особую значимость заповедники, археологически значимые, исторически памятные, имеющие в недрах полезные ископаемые и др. Издание учебное
Хабарова Елена Ивановна
Роздин Игорь Анатольевич
Никитина Светлана Викторовна
Леонтьева Светлана Викторовна
Ковалева Людмила Александровна
157 РАСЧЕТ И ОЦЕНКА ЭКОЛОГО-ЗНАЧИМЫХ ПАРАМЕТРОВ
(учебно-методическое пособие)
___________________________________________________
_________ Подписано в печать с готового оригинал-макета_____________ Формат 6084/16. Бумага писчая. Отпечатано на ризографе.
Уч.-изд. листов 2,01. Тираж 300 экз. Заказ №_________ Московский государственный университет тонких химических технологий имени МВ. Ломоносова
Издательско-полиграфический центр
119571 Москва, пр. Вернадского, 86
1   2   3   4   5   6   7   8

перейти в каталог файлов


связь с админом