Фізика. 9 клас. Бар’яхтар

§ 27. Атомна енергетика України. Екологічні проблеми атомної енергетики

Велика перевага ядерного палива перед традиційним (газ, нафта, вугілля) полягає в тому, що енергетична ефективність ядерного палива вища в мільйони разів (у 2 млн разів вища за нафту, у 3 млн разів — за вугілля). До того ж запаси ядерного палива в десятки разів більші, ніж вуглеводневих видів палива, а його спалювання не потребує кисню. Однак використання ядерного палива пов'язане з певними труднощами.

1. Дізнаємося про ядерний цикл

Щоб отримати кілограм палива з низькою енергетичною ефективністю, наприклад кілограм дров, досить сходити до лісу. А от щоб отримати кілограм ядерного палива, слід створити цілу промисловість. Крім того, після згоряння кілограма дров попіл можна просто розкидати. А що робити з ТВЕЛами (рис. 27.1), які відпрацювали свій ресурс? Адже саме у ТВЕЛах відбувається ланцюгова ядерна реакція і тому вони містять величезну кількість радіоактивних осколків із довгим періодом піврозпаду.

Рис. 27.1. ТВЕЛ (тепловидільний елемент) — частина реактора, пристрій, у якому міститься ядерне паливо (таблетки діоксиду Урану)

Послідовність операцій з видобування ядерного палива з руди, виготовлення ТВЕЛів, використання ТВЕЛів на атомних електростанціях і подальшого перероблення радіоактивних відходів називають ядерним циклом (рис. 27.2).

Рис. 27.2. Схема ядерного циклу

За запасами уранової руди Україна посідає 11 місце у світі. Цих запасів вистачить на кілька століть. Але щоб переробити руду на ядерне паливо, виготовити ТВЕЛи, необхідна спеціалізована промисловість (ланцюжок взаємопов’язаних виробництв), якої Україна в повному обсязі не має. Для українських атомних електростанцій ТВЕЛи виготовляють за кордоном.

Після того як у ТВЕЛі розпадається певна частина ядерного палива (фізики кажуть: «ТВЕЛ вигорів»), його замінюють новим. ТВЕЛи, які відпрацювали свій ресурс, дуже радіоактивні, тому їх у спеціальних контейнерах розташовують глибоко під землею, там вони мають зберігатися протягом сотень років.

На сьогодні в Україні тільки Запорізька атомна електростанція (рис. 27.3) має власне сховище для відпрацьованих ТВЕЛів. ТВЕЛи з інших атомних електростанцій вивозять до Росії, за що наша країна сплачує великі кошти. Існують наміри побудувати сховище для відпрацьованих ТВЕЛів у Чорнобильській 30-кілометровій зоні, адже ця територія ще довго не буде придатною для життя людей. Крім того, місця для сховища можна буде надавати й іншим країнам.

Рис. 27.3. Запорізька АЕС — найбільша атомна електростанція Європи, на ній працює б атомних енергоблоків

• Поміркуйте над аргументами «за» будівництво такого сховища і «проти».

2. Дізнаємося про атомну енергетику України

Україна належить до тих країн світу, в яких завдяки наявності високих технологій, висококваліфікованих інженерів і вчених створена й успішно розвивається атомна енергетика. На сьогодні в країні працюють чотири атомні електростанції: Запорізька, Рівненська, Южно-Українська, Хмельницька (рис. 27.3-27.6). На цих АЕС діють 15 атомних енергоблоків, загальна потужність яких становить 13 580 МВт. На атомні електростанції припадає близько половини електроенергії, що виробляється в країні.

Рис. 27.4. Рівненська АЕС має 4 атомні енергоблоки

Рис. 27.5. Южно-Українська АЕС має 3 атомні енергоблоки

Рис. 27.6. Хмельницька АЕС має 2 атомні енергоблоки

АЕС обслуговуються багатотисячними колективами висококваліфікованих фахівців. Фактично навколо кожної з українських АЕС виросло невелике місто.

Наявність в Україні джерел електроенергії, які працюють на ядерному паливі, безперечно пом’якшує дедалі більший дефіцит «звичних» енергоносіїв: газу, нафти, кам’яного вугілля.

Коли йдеться про АЕС, побоювання пересічного громадянина зазвичай пов’язані зі словом «радіація». Але, як показують дослідження, найбільший вплив радіації на людину відбувається за рахунок природних джерел радіації, під час медичних досліджень і лікування. Радіація, пов’язана з «нормальним» розвитком атомної енергетики, становить лише малу частину радіації, що спричинена діяльністю людини. Проте, на жаль, історія людства налічує декілька випадків аномального розвитку подій на ядерних реакторах. Наслідки цих випадків були катастрофічними.

3. Згадуємо історію Чорнобильської трагедії

26 квітня 1986 р. позначене чорними барвами в історії України. Саме того дня стався вибух на 4-му енергоблоці Чорнобильської атомної електростанції (рис. 27.7). Керівництво станції дало згоду на випробування роботи ядерного реактора в режимі змінної потужності, що не було передбачено конструкцією реактора. У результаті відбулося неконтрольоване виділення ядерної енергії всередині реактора і стався вибух.

Рис. 27.7. Четвертий енергоблок Чорнобильської атомної електростанції до вибуху (а) і після вибуху (б)

Вибух призвів до пожежі на 4-му енергоблоці й до катастрофічного викиду радіоактивних речовин. Корпус реактора почав працювати як величезна піч, виносячи радіоактивний дим в атмосферу. Вітер розніс цей дим на багато сотень і тисяч кілометрів (підвищення рівня радіації було зафіксовано навіть у Швеції). У ліквідації аварії на ЧАЕС брали участь фахівці всіх республік Радянського Союзу.

Особливу роль у зменшенні масштабів трагедії відіграли пожежники. Ціною свого життя вони запобігли поширенню пожежі на інші реактори Чорнобильської АЕС.

Із катастрофою таких масштабів людство раніше не стикалося, тому пожежу не вдалося зупинити швидко. У результаті цілі регіони Росії, України, Білорусі виявилися радіаційно забрудненими, а з 30-кілометрової зони навколо станції було евакуйоване все населення.

Пізніше над зруйнованим реактором був побудований так званий саркофаг — бетонна конструкція, яка захищає від подальшого поширення радіаційного забруднення (рис. 27.8).

Рис. 27.8. Саркофаг над 4-м енергоблоком Чорнобильської АЕС

Сьогодні всі енергоблоки Чорнобильської АЕС виведено з експлуатації; разом із міжнародними організаціями Україна побудувала ще один саркофаг, досконаліший. Після трагедії минуло понад 30 років, проте наслідки радіаційного забруднення, особливо в зоні Чорнобильської АЕС, відчутні й досі.

Подібна за масштабами катастрофа відбулася в Японії у 2011 р. — на атомній електростанції «Фукусіма-1». Унаслідок землетрусу та цунамі припинили дію насоси, що перекачують теплоносій. Відбулися перегрів і пошкодження атомного реактора, і радіаційна речовина забруднила довкілля.

Тож зараз людство опинилося перед дилемою: поступове вичерпання традиційних енергоносіїв нібито підштовхує до розвитку атомної енергетики, разом із тим від жахливих аварій не застраховані навіть такі технологічно розвинені країни, як Японія. Уряд Німеччини зробив свій вибір і заборонив розвиток атомної енергетики.

А яка ваша думка щодо цього питання? Поміркуйте над аргументами «за» і «проти».

Підбиваємо підсумки

Послідовність операцій видобування ядерного палива з руди, виготовлення ТВЕЛів, використання ТВЕЛів на атомних електростанціях і подальшого перероблення радіоактивних відходів називають ядерним циклом.

Зараз в Україні працюють чотири атомні електростанції загальною потужністю 13 580 МВт. На АЕС припадає майже половина електроенергії, що виробляється в країні. Якщо атомна електростанція працює «нормально» (відпрацьовані ТВЕЛи надійно зберігаються у сховищах, не відбувається збоїв у роботі реактора, виконано всі заходи, передбачені нормативними документами), то вона майже не чинить радіаційного впливу на довкілля.

26 квітня 1986 р. сталася Чорнобильська катастрофа — вибух на 4-му енергоблоці Чорнобильської АЕС. Вибух спричинив найбільше у світі радіаційне зараження місцевості, зокрема великих територій у Росії, Україні та Білорусі. Наслідки цього зараження відчутні дотепер. Подібна за масштабами катастрофа відбулася на атомній електростанції «Фукусіма-1» в Японії у 2011 р.

Контрольні запитання

1. Перелічіть переваги й недоліки використання ядерного палива. 2. Якою є послідовність операцій ядерного циклу? 3. Назвіть атомні електростанції України. Якою є їхня загальна потужність? 4. Що ви знаєте про Чорнобильську трагедію?

Вправа № 27

1. На Хмельницькій АЕС встановлено реактори типу ВВЕР-440 (електрична потужність — 440 МВт), теплова потужність яких дорівнює 1375 МВт. Визначте ККД реакторів цього типу.

2. На двох блоках Рівненської АЕС встановлено реактори типу ВВЕР-440 (електрична потужність — 440 МВт), а ще на двох блоках — реактори типу ВВЕР-1000 (електрична потужність — 1000 МВт). Скільки енергії (у кВт • год) може виробити Рівненська АЕС за добу, працюючи на повну потужність?

3. Скільки енергії за добу виробляє Запорізька АЕС, якщо один із її блоків перебуває на плановому ремонті, а решта працюють на повну потужність? Теплова потужність кожного реактора на АЕС дорівнює 3000 МВт, ККД — 33,3 %.

4. Скільки кілограмів Урану-235 щодоби спалюють реактори Південноукраїнської АЕС, якщо теплова потужність кожного реактора дорівнює 3000 МВт? Під час поділу одного ядра Урану-235 виділяється 3,2 • 10-11 Дж енергії, яка повністю передається теплоносію (воді).

5. Скористайтеся додатковими джерелами інформації та дізнайтеся про перспективи розвитку атомної енергетики України.

ГДЗ до підручника можна знайти тут.