§ 27. Атомная энергетика Украины. Экологические проблемы атомной энергетики

Большое преимущество ядерного топлива в сравнении с традиционным (газ, нефть, уголь) заключается в том, что его энергетическая эффективность в миллионы раз выше (в 2 млн раз выше, чем нефти, в 3 млн раз выше, чем угля). К тому же его сжигание не требует кислорода. Однако использование ядерного топлива связано с рядом сложностей.

1. Узнаём о ядерном цикле

Чтобы получить килограмм топлива с низкой энергетической эффективностью, например килограмм дров, достаточно сходить в лес. А вот чтобы получить килограмм ядерного топлива, нужно создать целую технологическую цепочку. Кроме того, после сгорания дров пепел можно просто разбросать. А что делать с ТВЭЛами (рис. 27.1), отработавшими свой ресурс? Ведь именно в ТВЭЛах происходит цепная ядерная реакция, и потому они содержат огромное количество радиоактивных «осколков» с длительными периодами полураспада.

Рис. 27.1. ТВЭЛ (тепловыделительный элемент) — часть реактора; устройство, в котором содержится ядерное топливо (таблетки диоксида Урана)

Последовательность операций, связанных с добычей ядерного топлива из руды, изготовлением ТВЭЛов, использованием ТВЭЛов на атомных электростанциях и дальнейшей переработкой радиоактивных отходов, называют ядерным циклом (рис. 27.2).

Рис. 27.2. Схема ядерного цикла

По запасам урановой руды Украина занимает 11-е место в мире. Этих запасов хватит на несколько столетий. Но чтобы переработать руду в ядерное топливо, изготовить ТВЭЛы, необходима специализированная промышленность (цепочка взаимосвязанных производств), которой Украина в полном объеме не имеет. Так, на украинских атомных электростанциях используются зарубежные ТВЭЛы.

После того как в ТВЭЛе распадается определенная часть ядерного топлива (физики говорят: «ТВЭЛ выгорел»), его заменяют новым. ТВЭЛы, отработавшие свой ресурс, очень радиоактивны, поэтому их в специальных контейнерах размещают глубоко под землей, где они должны храниться сотни лет.

На сегодня в Украине только Запорожская атомная электростанция (рис. 27.3) имеет хранилище для отработанных ТВЭЛов. ТВЭЛы с других атомных электростанций вывозят на хранение в Россию, и это стоит достаточно дорого. Сейчас высказываются намерения построить хранилище для отработанных ТВЭЛов в Чернобыльской 30-километровой зоне, ведь эта территория еще долго не будет пригодна для жизни людей. К тому же места для хранения ТВЭЛов можно предоставлять и другим странам.

Рис. 27.3. Запорожская АЭС — крупнейшая атомная электростанция Европы, на которой работает б атомных энергоблоков

• Подумайте над аргументами «за» строительство такого хранилища и «против».

2. Узнаём об атомной энергетике Украины

Украина относится к тем странам, в которых благодаря высоким технологиям, высококвалифицированным инженерам и ученым создана атомная энергетика. В стране работают четыре атомные электростанции: Запорожская, Ровенская, Южно-Украинская, Хмельницкая (рис. 27.3-27.6). На этих АЭС действуют 15 атомных энергоблоков общей мощностью 13 580 МВт. На АЭС приходится около половины производимой в стране электроэнергии.

Рис. 27.4. Ровенская АЭС имеет 4 атомных энергоблока

Рис. 27.5. Южно-Украинская АЭС имеет 3 атомных энергоблока

Рис. 27.6. Хмельницкая АЭС имеет 2 атомных энергоблока

АЭС обслуживаются многотысячными коллективами высококвалифицированных специалистов. Фактически вокруг каждой украинской АЭС вырос небольшой город.

Наличие в Украине источников электроэнергии, работающих на ядерном топливе, безусловно, смягчает все больший дефицит «обычных» энергоносителей: газа, нефти, каменного угля.

Когда речь идет об АЭС, опасения обычного гражданина связаны со словом «радиация». Однако исследования показывают, что наибольшее воздействие радиации на человека происходит за счет ее естественных источников, во время медицинских исследований и лечения. Радиация, связанная с «нормальным» развитием атомной энергетики, составляет лишь малую часть радиации, вызванной деятельностью человека. Но, к сожалению, история человечества уже знает несколько случаев аномального развития событий на ядерных реакторах, при этом последствия были катастрофичны.

3. Вспоминаем историю Чернобыльской трагедии

26 апреля 1986 г. — трагическая дата в истории Украины. Именно в этот день произошел взрыв на 4-м энергоблоке Чернобыльской атомной электростанции (рис. 27.7). Руководство станции дало согласие на работу ядерного реактора в режиме переменной мощности, что не было предусмотрено его конструкцией. В результате случилось неконтролируемое выделение ядерной энергии внутри реактора и произошел взрыв, вызвавший пожар на 4-м энергоблоке и катастрофический выброс радиоактивных веществ. Корпус реактора начал работать как огромная печь, выбрасывая радиоактивный дым в атмосферу. Ветер разнес этот дым на сотни и тысячи километров (повышение уровня радиации было зафиксировано даже в Швеции). В ликвидации аварии на ЧАЭС принимали участие специалисты всех республик Советского Союза.

Рис. 27.7. Четвертый энергоблок Чернобыльской атомной электростанции до взрыва (а) и после взрыва (б)

Особую роль в уменьшении масштабов трагедии сыграли пожарные. Ценой своих жизней они предотвратили распространение пожара на другие реакторы Чернобыльской АЭС.

С катастрофой таких масштабов человечество раньше не сталкивалось, поэтому выбросы радиоактивных веществ не удалось остановить быстро — они продолжались десять дней. В результате целые регионы Украины, Беларуси, России оказались радиационно загрязненными, а из 30-километровой зоны вокруг станции было эвакуировано все население.

Позднее над разрушенным реактором был построен саркофаг — бетонная конструкция, защищающая от дальнейшего распространения радиационного загрязнения (рис. 27.8). Сегодня все энергоблоки Чернобыльской АЭС выведены из эксплуатации; совместно с международными организациями Украина построила еще один саркофаг, более совершенный. После трагедии прошло более 30 лет, но последствия радиационного загрязнения, особенно в зоне Чернобыльской АЭС, ощутимы до сих пор.

Рис. 27.8. Саркофаг над 4-м энергоблоком Чернобыльской АЭС

Подобная по масштабам катастрофа случилась в 2011 г. в Японии, на атомной электростанции «Фукусима-1». Вследствие землетрясения и цунами прекратили работать насосы, перекачивающие теплоноситель. Произошли перегрев и повреждение атомного реактора, и радиационное вещество загрязнило окружающую среду.

Таким образом, сейчас человечество оказалось перед дилеммой: постепенное исчерпание традиционных энергоносителей вроде бы подталкивает к развитию атомной энергетики, но в то же время от ужасных аварий не застрахованы даже такие технологически развитые страны, как Япония. Правительство Германии сделало свой выбор и запретило развитие атомной энергетики в стране.

• А каково ваше мнение по этому вопросу? Подумайте над аргументами «за» и «против».

Подводим итоги

Сейчас в Украине работают четыре атомные электростанции общей мощностью 13 580 МВт. На АЭС приходится около половины электроэнергии, производимой в стране. Если АЭС работают «нормально» (отработанные ТВЭЛы надежно хранятся в хранилищах, не происходит сбоев в работе реактора, предприняты все меры, предусмотренные нормативными документами), то они почти не оказывают радиационного воздействия на окружающую среду.

26 апреля 1986 г. произошла Чернобыльская катастрофа — взрыв на 4-м энергоблоке Чернобыльской АЭС. Взрыв вызвал крупнейшее в мире радиационное заражение местности, в частности больших территорий в Украине, Беларуси и России. Последствия этого заражения ощутимы до сих пор. Подобная по масштабам катастрофа случилась в 2011 г. на атомной электростанции «Фукусима-1» (Япония).

Контрольные вопросы

1. Перечислите преимущества и недостатки использования ядерного топлива. 2. Какова последовательность операций ядерного цикла? 3. Назовите атомные электростанции Украины. Какова их общая мощность? 4. Что вы знаете о Чернобыльской трагедии?

Упражнение № 27

1. На Хмельницкой АЭС установлены реакторы типа ВВЭР-440 (электрическая мощность — 440 МВт), тепловая мощность которых равна 1375 МВт. Определите КПД реакторов этого типа.

2. На двух блоках Ровенской АЭС установлены реакторы типа ВВЭР-440 (электрическая мощность — 440 МВт), а еще на двух блоках — реакторы типа ВВЭР-1000 (электрическая мощность — 1000 МВт). Сколько энергии (в квт • ч) может выработать Ровенская АЭС за сутки, работая на полную мощность?

3. Сколько энергии за сутки вырабатывает Запорожская АЭС, если один из ее блоков находится на плановом ремонте, а остальные работают на полную мощность? Тепловая мощность каждого реактора на АЭС равна 3000 МВт, КПД — 33,3 %.

4. Сколько килограммов Урана-235 ежесуточно сжигают реакторы Южно-Украинской АЭС, если тепловая мощность каждого реактора равна 3000 МВт? При делении одного ядра Урана-235 выделяется 3,2 • 10^-11 Дж энергии, которая полностью передается теплоносителю (воде).

5. Воспользуйтесь дополнительными источниками информации и узнайте о перспективах развития атомной энергетики Украины.

ГДЗ к учебнику можно найти тут.