Реферат: Исследование аспектов применения атомной энергии для решения проблем энергоснабжения районов Крайнего Севера

Известно, что арктические народы из-за этого получали значительные дозы внутреннего облучения через цепочку ягель-олень-человек. Это в первую очередь объясняется концентрацией радиоактивных веществ в данной трофической цепи и тяжело протекающим выводом радиоактивного стронция из костной ткани организма человека.

Однако, по мере более полного изучения указанных процессов люди научились контролировать их и не допускать наступления неблагоприятных последствий использования ядерного топлива.

 

3.3. Биологическое воздействие излучения

В последние годы заметно увеличилось внимание к вопросам безопасности и воздействия на окружающую среду ядерных реакторов. В странах запада строительство ведется в условиях жесткого контроля уполномоченных органов и общественности. Это связано с различными аспектами ядерной энергетики, в том числе такими, как возможность распространения ядерного оружия. Однако, основная полемика сосредоточена вокруг потенциально возможного воздействия ионизирующего излучения на население, не только в результате аварий, но даже и при нормальной работе реакторов, поскольку практически невозможно полностью остановить утечки радиоактивности в окружающую среду.

Для того чтобы оценить потенциальную опасность, связанную с утечкой радиоактивности, прежде всего, необходимо рассмотреть влияние ионизирующего излучения на организм человека и других высших млекопитающих животных, вред которым в рассматриваемой уникальной среде Крайнего Севера будет непоправимым.

Воздействие ионизирующего излучения на живые организмы связано с повреждениями образующих клетки молекул вследствие воздействия на них потоков заряженных частиц. Эти повреждения классифицируются как  соматические и генетические. Соматические повреждения – это повреждения, возникающие непосредственно в облученном организме, а генетические повреждения затрагивают половые клетки (гаметы) и поэтому могут влиять на будущие поколения.

Чтобы понять механизм воздействия ионизирующего излучения на живой организм, необходимо рассмотреть структуру и функции клетки. Почти все клетки состоят из ядра, окруженного ядерной оболочкой, которая отделяет его от цитоплазмы. Цитоплазма окружена клеточной мембраной, формирующей внешнюю границу клетки. Цитоплазма и содержащиеся внутри нее органоиды, ответственны за обмен веществ в клетке, то есть образование белков и удаление продуктов распада.

Ядро ответственно за управление метаболической активностью клетки, которое осуществляется хромосомами – нитевидными образованьями, состоящими из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), то есть из цепочки генов.

Передача энергии клеточному веществу происходит в результате  ряда последовательных взаимодействий излучения с отдельными молекулами. Т.е. взаимодействия заряженных частиц с молекулами биологической ткани, в которую они глубоко проникают. Глубина эта зависит от типа заряженной частицы. Альфа частицы поражают внешние слои, бета-излучение – проникает глубже, а гамма частицы проникают на достаточную глубину ткани, чтобы поразить жизненно-важные органы. Таким образом, в сумме пораженными оказываются не только внешние слои  ткани, но и достаточно толстый слой клеток. При этом энергия, передаваемая молекулам при каждом взаимодействии, относительно велика. А поскольку результат воздействия ионизирующего излучения напрямую зависит от поглощенной единицей массы облученной ткани (так называемая поглощенная доза излучения), то и относительно небольшое количество энергии, проникшее в тело в форме такого излучения, может вызвать значительное повреждение клеток.

(слайд 9)

Биологические воздействия ионизирующего излучения можно разделить на прямые и косвенные. При прямом воздействии прохождение заряженной частицы вызывает разрыв химических связей в биологически важной молекуле, такой как белок или нуклеиновая кислота. При этом нормальное функционирование молекулы может нарушаться. Косвенное воздействие связано с разрушением более простых молекул, например воды. Что приводит к появлению химически активных ионов. При этом речь идет не только о том, что при дальнейшей миграции этих ионов в клетке могут быть задеты более сложные элементы, но в результате их рекомбинации могут образовываться химические яды, перекись водорода к примеру.

При облучении клетки наиболее чувствительны к радиационным повреждениям макромолекул ДНК. Эти молекулы состоят из генов и образуют хромосомы, управляющие всей деятельностью клеткам. Выражается эта чувствительность в том, что значительно ускоряется, по сравнению с естественными темпами, процесс мутаций. Мутации – это «запрещенные» соединения, возникающие в молекуле ДНК при делении клетки (при этом процессе происходит разделение молекул носящих наследственную информацию на две новых клетки, и этот процесс требует однозначности связей между азотистыми соединениями). Такие мутации, естественно, неблагоприятны, поскольку могут произойти в гене, управляющем выработкой какого-либо жизненно необходимого фермента. В таких условиях поврежденная клетка оказывается не жизнеспособной и быстро умирает, потому в случае, если доза облучения была высока, то количество погибших клеток настолько возрастет, что это приведет к образованию опасных и обширных повреждений органов тела.

Но это не единственная опасность. Даже если доза излучения не была достаточно высока, чтобы привести к смерти из-за обширного повреждения клеток, определенное запаздывающее воздействие все же может проявиться в течение жизни облученного организма. Как первоочередные можно выделить уменьшение продолжительности жизни и увеличение вероятности раковых заболеваний. Последний эффект, если он возникает, проявляется только после  латентного периода, который может длиться годами. Особая опасность подобного проявления в том, что истинный механизм канцерогенного воздействия излучения до сих пор не ясен. Он может быть обусловлен мутациями внутриклеточных вирусов и эти мутации могут передаваться многие поколения вирусов, до появления в организме клинических наблюдаемых изменений (рост раковых клеток).

Помимо вреда, который приносит облучение непосредственно подвергшемуся организму, существуют последствия которые отражаются и на последующих поколениях. Повреждение зародышевых клеток, которые дают начало гаметам, может привести при оплодотворении к образованию мутантной зиготы. Во многих случаях эти мутации будут летальны и приведут к немедленной гибели зиготы. В других случаях мутант может выжить в течение эмбрионального периода, но при этом у него могут развиться физические недостатки, такие как альбинизм к примеру. Почти все мутации вредоносны и приводят к уменьшению продолжительности жизни организма. В конечном счете мутанты погибают в ходе естественного отбора.

3.4. Результаты медицинских исследований

Нельзя отрицать губительность чрезмерного излучения на человека, однако, в некоторой степени опасность излучения реакторов преувеличена. В качестве иллюстрирующего примера можно привести результаты медицинских наблюдений за членами экипажей атомных ледоколов, обслуживающих судов и персонала базы Атомфлота, наиболее соприкасающихся с судовой энергетикой. За 40 лет проведение обследований был произведен осмотр более 9000 человек, в том числе с углубленными клиническими исследованиями более 1000 человек. Более высокая заболеваемость наблюдалась у судоводителей, испытывающих сильное нервно-психическое напряжение. У персонала, обслуживающего непосредственно ЯЭУ и подвергающегося в большей мере воздействию имеющегося излучения, заболеваемость значительно ниже.

3.5. Соответствие выбросов АЭС  естественному фону

При нормальной эксплуатации АЭС для населения проектировщики устанавливают дозовые пределы «в пределах естественного фона». Поэтому радиационное воздействие ПАЭС на население и окружающую среду в этом случае не должно, как утверждают проектировщики, вносить заметного вклада в естественный радиационный фон. Специалисты утверждают, что при сравнении уровня радиационных доз от атомных энергетических реакторов (наземных и морских) с дозами от природного естественного фона они ничтожно малы и дают вклад менее 1 %. Приводятся следующие расчеты.

В силу того, что радиоактивные элементы входят в состав почвы, минералов, морской воды, атмосферы с учетов неравномерности их распределения по территории Земли и значительности колебаний естественного фона в одном и том же месте (в 2 раза и более) – общее количество радионуклидов на поверхности земли и в воде океанов – многие миллиарды кюри.

В среднем доза облучения человека естественными источниками составляет 2,4 мЗв/год. К этому надо добавить вклад медицинских процедур, дающих увеличение дозы еще на 30%. Выходит, что строительство реакторов, разумеется не пренебрегающее безопасностью, менее опасно для населения, чем врачебные обследования.

3.6. Химические загрязнения и их возможные последствия

Однако,  даже самим проектом определяется некоторая «дырявость» защитной оболочки, за счет того, что ее герметичность достигается на уровне, обеспечивающем скорость утечки радиоактивной среды из защитной оболочки в среду (т.е. за пределы борта ПАЭС) порядка 1% от ее объема. Это  обеспечит выход радиоактивности в природную среду при авариях, связанных с разуплотнением первого контура. А в случае утечек воды из первого контура могут привести к тому, что регион станции будет загрязнен не только стронцием-90 и цезием-137, но и тритиевой водой, которая по своим свойствам близка к обычной воде, легко включается в биогеохимические циклы и влияет негативно на биосферу.

Одним из важнейших аспектов создания ПАЭС является рассмотрение последствий её эксплуатации и возможных аварий для окружающей среды.

В первую очередь, это возможные последствия выброса так называемых «инертных» радиоактивных газов (ИРГ). В условиях Арктики возможно влияние этих ИРГ на электропроводность атмосферы. Например, далеко не ясны последствия выброса такого обычного ИРГ, как криптон-85. Криптон-85, выбрасываемый АЭС, резко увеличивает электропроводность атмосферы. Последствия таких выбросов непредсказуемы. Можно ли гарантировать, что они не нарушат хрупкий радиационный баланс? Арктические магнитосферные бури, связанные с возмущениями ионосферы, внешне выражаются в виде известных полярных сияний. Не окажутся ли выбросы ИРГ от плавучих АЭС в Арктике той последней каплей, за которой последуют необратимые изменения в «мировой кухне погоды», которой называют Арктику? В Арктике достаточно малейшего возмущения ионосферы, чтобы изменились ее параметры. Эти могут сказаться на климатических особенностях не только Арктики, но отдаленных от нее регионов планеты.

Так к примеру специалисты по физике атмосферы предупреждают об опасности, связанной с особенностями циркуляций воздушных арктических масс в Северном полушарии. Известно, что существуют регулярные прорывы холодных воздушных масс из Арктики на тысячи километров южнее побережья Северного океана (в Северной Евразии — минимум до 50° с.ш.). Это известная метеорологам закономерность, называемая широтной циркуляцией. Значение такой широтной циркуляции в связи с антропогенными изменениями климата резко нарастает. В результате загрязнения из Арктики могут переноситься в низкие широты. Но эти проблемы находятся в стадии изучения.

Помимо излучения присутствует проблема утилизации жидких и твердых радиоактивных отходов, образующихся при штатной работе АЭС.

При всем разнообразии перечисленных выше источников опасности принимаются все меры по сокращению их воздействия на природу. Тем не менее, необходимость дальнейшего развития региона побуждает к поиску новых способов использования атомной энергии - более безопасных.

4 Проект Плавучей АЭС

4.1. Пути минимализации общих влияний.

Выше были разобраны источники потенциальной опасности, которые принимаются во внимание при разработке систем безопасности. Разработчики утверждают, что современные подходы к строительству станций значительно уменьшают как количества отходов, так и возможности их утечки. Исходя из имеющихся материалов проекта, все жидкие и твердые радиоактивные отходы в период эксплуатации хранятся на плавучем энергоблоке и транспортируются специальными судами на базовые хранилища при заводских ремонтах. Для сбора и временного хранения низкоактивных и среднеактивных отходов на ПЭБ имеются специальные цистерны и контейнеры, размещенные в защитных боксах. В частности в рассматриваемом проекте эти  отходы будут передаваться для дальнейшей переработки и утилизации на базу Мурманского морского пароходства. Перегрузку активных зон предполагается осуществлять с периодичностью один раз в 3 года с размещением отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) в хранилище самой плавучей АЭС в течение межремонтного периода (10-12 лет). С учетом наличия на борту шести топливных загрузок можно обеспечить работу АЭС без вывоза топлива в течение 15-16 лет, что позволяет упростить обслуживание. Для сравнения, обычные наземные АЭС требуют вывоза топлива каждые 3-4 года.

4.2. Положения по экологической безопасности

Положения по безопасности разработчики формулируют в следующих пунктах:

- станция не требует эвакуации населения как средства защиты при тяжелых авариях;

 - Станция не создают радиоактивных отходов для пользователей и площадки;

 - Станция создана на основе освоенной и проверенной длительной эксплуатацией технологии;

  - Внешняя инфраструктура энергоблока минимальна.

4.3. Основные предвидящиеся проблемы эксплуатации ПАЭС. Разработка решений.

Можно тем не менее выделить и основные проблемы в эксплуатации ПАЭС:

-     Необходимость подготовки высококвалифицированных кадров и исключения их текучести. Это связано с проблемами оплаты труда;

-     увеличение естественного фона;

-     Сложность и высокая стоимость обслуживания.

Проект находится еще на стадии разработки и постепенно предполагается решить указанные проблемы, к которым разработчики добавляют еще и плохую информированность общественности о развитии подходов к строительству АЭС. В частности утверждается, что разработка саморегулируемых и самозащищенных реакторов, использование самосрабатывающих и пассивных защитных систем, надежных локализирующих систем, повышенная надежность и ресурс оборудования, живучесть установок существенно снижают как вероятности аварий, так и их последствия.

В новых установках, на которые планируется переориентировать проект ПАЭС, благодаря ряду мер значительно уменьшается и количество газообразных, жидких и твердых радиоактивных отходов.

4.4. Целесообразность использования ПАЭС

В докладе были рассмотрены аспекты использования атомных электростанций, как с экономической, так и с экологической точек зрения. При выборе проекта обязательно надо учитывать потребности района и его природные особенности (как и при любом строительстве). На основе всего рассмотренного можно выделить следующие примущества проекта ПАЭС как в общих так и в конкретных условиях.

- Плавучее исполнение – средство повышения качества, экономии и сокращения сроков постройки;

 - Оборудование станции имеет большой ресурс, что в купе с максимальной простотой и надежностью модульного принципа строительсва позволяет избежать заводских капитальных ремонтов в течение всего срока службы.

 - снижение энергонапряженности активных зон, имеющих энергозапас на весь срок службы, по крайней мере, у станций нижнего ряда мощностей;

 - саморегулируемость и само защищенность реакторов за счет отрицательных обратных связей с высоким уровнем естественной циркуляции, позволяет существенно упростить автоматику и создает предпосылки к использованию систем дистанционного управления станцией;

       - малоактивируемые материалы как для элементов конструкций, так и биологической защиты.

5. Заключение. Выводы.

При выборе типа станций энергоснабжения необходим комплексный анализ экономических, технических, экологических факторов. На основании изложенного выше можно сделать вывод о том, что наибольшие перспективы в районах Крайнего Севера России имеют атомные электростанции. Однако принимая решение о типе создаваемой АЭС, следует учитывать особенности конкретных проектов.

(слайд 10)

Создание АЭС типа БРЕСТ осложнено тем, что любые строительные проекты в условиях крайнего Севера приходится реализовывать в условиях вечной мерзлоты. Подобные условия требуют дорогостоящих технологий и сложных инженерных решений. И даже в процессе эксплуатации сохраняются сложности связанные с климатической обстановкой. Такие станции имеет смысл строить в регионах набравших значительный уровень и темп развития.

АЭС «Унитерм», обладающая небольшой мощностью, может быть использована как «стартовая», на начальной стадии освоения территории.

Проект же ПАЭС, пригоден для использования в любых условиях и единственное ограничение - это «плавучесть» станции: энергетические блоки размещены на понтонах. Потому станция снабжает электричеством только районы, не слишком удаленных от побережья. Зато ПАЭС строиться на заводе, и далее может транспортироваться в нуждающийся район, избегая сложностей, связанных с капитальным строительством. Это позволяет также провести сборку и отладку сложных систем в приспособленных условиях. Мощность станции позволяет обеспечить энергией динамично развивающий регион. По миновании надобности ПАЭС может быть переправлена на новое место работы, либо возвращена в пункт базирования и законсервирована.

 Безусловно, необходимо помнить, что любое радиоактивное загрязнение, даже если оно не приводит к немедленным трагическим последствиям, потенциально опасно. Океан – это очень емкая система, но постепенно маленькие отдельные загрязнения, накапливаясь в океане, могут в перспективе вызвать негативные изменения в экологической ситуации. Именно поэтому следует уделять первоочередное внимание вопросам безопасности атомных объектов.

Список использованной литературы:

-     “«Курск» – операция «подьем»” – сборник материалов операции по подъему АПК “Курск”. Москва, издательство «Русь» 2003г.

-     Зигфрид Ауст «Атомная энергия»  перевод с немецкого Гуткина, под редакцией Сурдина 1994 г.

-     Камерон И. “Ядерные реакторы” Перевод с английского Блинкина под редакцией Новикова. Москва, Энергоатомиздат, 1987 г.

-     Хлопкин Н.С. «Страницы жизни»  (из серии «Творцы ядерного века») Москва, «ИздАТ» 2003г.

-     доклад организации Bellona Foundation «Северный флот. Потенциальный риск радиоактивного загрязнения региона». 1996 год. Взято с сайта организации: www.bellona.no

-     материалы сайта  www.submarina.ru

-