Атомная энергетика

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ

1.1 История развития атомной энергетики

1.2 Особенности атомной энергетики

1.2.1 Типы ядерных энергетических реакторов

1.2.2 Переработка и хранение ядерных отходов

ГЛАВА 2. ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

2.1 Проблема эксплуатационной безопасности

2.2 География и экономика атомной энергетики

2.3 Строительство АЭС в Беларуси

2.4 Оценка состояния атомной энергетики на сегодняшний день и перспективы её развития

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

атомная энергетика реактор

Сегодня человеческая цивилизация находится, буквально, на пороге истощения всех топливных энергоресурсов, и поэтому проблема поиска альтернативных источников энергии является одной из самых актуальных проблем, стоящих перед современным миром. Выбор того или иного вида энергии в будущем будет зависеть от удовлетворения следующих основополагающих условий: достаточного объема производимой энергии для обеспечения экономического роста, экологической безопасности, низкой себестоимости и низкой степени риска при использовании энергии.

Целью работы является установление целесообразности развития атомной энергетики.

Основными задачами данной работы являются: анализ тенденций развития мировой атомной энергетики, изучение специфики функционирования составляющих данной отрасли, выявление основных географических аспектов, а также исследование перспектив и проблем развития мировой атомной энергетики.

В соответствии с задачами, поставленными в данной работе, выделяются две главы. В первой главе рассматриваются общие сведения об атомной энергетике, в частности: история развития, определяющая стран-лидеров в данной отрасли; краткая характеристика ядерных реакторов, с указанием наиболее безопасных и экономически выгодных; а также пути решения проблемы утилизации отработанного ядерного топлива. Вторая глава посвящена географическому аспекту мировой атомной энергетики; отмечена необходимость строительства АЭС в Беларуси; описываются некоторые сложности, связанные с эксплуатацией атомных станций; также даётся оценка состояния данной энергетической отрасли на сегодняшний день.

Из-за существующих проблем перед человечеством остро встает вопрос о дальнейшем использовании атомной энергии. Для полного изучения проблем, которые возникают при использовании данного вида энергии, необходимо рассмотреть тенденции и перспективы развития, а также основные недостатки и преимущества данной области.

Объём данной работы составляет 22 страницы. В приложениях отмечено расположение крупнейших АЭС стран, занимающих лидирующее положение в атомной энергетике. Так как, в работе использовалось достаточно много статистического материала, источники в большинстве своём представлены периодическими изданиями; общее количество источников составляет 27 наименований, включая учебную литературу и электронные ресурсы.

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ

1.1 История развития атомной энергетики

Атомная энергетика зародилась и получила широкое развитие во второй половине ХХ века. Сегодня в мире действует 442 атомных энергоблока. Доля атомной энергетики составляет более половины всех потребностей во Франции, Литве, Польше, Славакии, Швеции, Украине и Южной Корее. В Западной Европе в среднем треть всей используемой электроэнергии производится на АЭС. Для понимания проблемы атомной энергетики необходимо рассмотреть историю её развития [10,с. 112].

В советских научных центрах, и прежде всего связанных с ядерной физикой, интерес к радиохимическим исследованиям ядра атома вспыхнул после сообщений об открытии деления ядер урана в Германии в начале 1939 г. Уже первая информация о теории процесса позволяла сделать фантастические выводы: новая форма ядерной реакции высвобождает огромное количество энергии.

Впечатляющие исследования, связанные с проблемой атома, проводились в РИАН (Радиевый институт Академии наук). РИАН ставил задачей изучение явлений природной и искусственной радиоактивности. Запущенный в те далекие годы первый в СССР и Европе циклотрон на энергию 4 МэВ позволил получить результаты по взаимодействию нейтронов почти со всеми элементами периодической системы.

И. В. Курчатов, работая над проблемой ядра атома, отлично сознавал, что сооружаемый в РИАН циклотрон является идеальной установкой для получения интенсивных потоков нейтронов, но И. В. Курчатов хорошо понимал, что нужен циклотрон на еще большее количество энергии, и получил согласие на сооружение к 1 января 1942 г. циклотрона на 12 МэВ в специально построенном для него новом здании ЛФТИ (Ленинградский физико-технический институт). Однако его запуску помешала война, и он был введен в эксплуатацию уже после войны, в 1949 г. [1, c. 49].

В ЛФТИ были получены сообщения, что сотрудник Калифорнийского университета У. Либби пытался наблюдать вылет вторичных нейтронов в процессе спонтанного деления ядер урана, но потерпел неудачу. Чувствительность его метода была такой, что он мог бы обнаружить спонтанное деление, если бы период полураспада не превосходил 1014 лет. Поручив решить эту задачу своим ученикам Г. Н. Флерову и К. А. Петржаку, Курчатов возглавил работу в целом. После длительных и упорных исследований он понял, что надо избавиться от окружающего фона путем защиты экспериментальной установки, камеры, толстым слоем вещества. Самое простое, что пришло ему в голову, — это погрузиться с аппаратурой на подводной лодке в глубины моря. Но оказалось, что вблизи Ленинграда Балтийское море мелкое — 20−30 м. Такого слоя воды было явно недостаточно для эффективной защиты от проникающего космического излучения. Тогда Курчатов договорился с руководством Московского метрополитена о том, чтобы ему разрешили провести этот эксперимент на одной из глубокозаложенных шахт станции метро.

Аппаратуру разместили на станции метро «Динамо». По ночам, когда движение поездов метро прекращалось, на глубине 60 м проводились измерения. Эффект получился постоянный, без помех. Через месяц работы Курчатов пришел к заключению, что вся совокупность экспериментальных данных служит бесспорным доказательством существования нового вида радиоактивности — спонтанного, самопроизвольного деления урана. Курчатов потребовал, чтобы Флеров и Петржак подготовили сообщение об этом открытии для опубликования в печати. Короткое сообщение А. Ф. Иоффе направил по трансатлантическому кабелю — каблограммой — в американский журнал «Physical Review», и в июне 1940 г. она была опубликована [1, c. 53].

Дни и месяцы предвоенного 1940 г. неуклонно вели ученых к высвобождению внутриядерной энергии, скрытой в недрах атомов. Приближение этого волнующего события чувствовал каждый, кто стремился ускорить его осуществление.

В печати, не только научной, все чаще появлялись сообщения о скором появлении нового, невиданного никогда ранее источника энергии. 26 июня 1940 г. в газете «Известия» сообщалось в одной из статей: «В последнее время советскими и зарубежными физиками установлено, что деление ядер урана происходит только под действием медленных нейтронов. Это дает возможность регулировать процесс деления атомов урана и тем самым использовать огромное количество внутриатомной энергии. По приблизительным подсчетам одна весовая единица урана может дать в два с лишним миллиона раз больше энергии, чем такое же количество угля. Уран, таким образом, становится драгоценным источником энергии…» [12, c. 98].

Овладение ядерной энергией, ее высвобождение из недр атомов становилось реальным уже к середине 1941 г. Но все упиралось в отсутствие отечественного урана и в необходимость огромных материальных затрат для создания мощной, очень крупной и специализированной ядерной индустрии.

Советские ученые были близки к освоению ядерной энергии, но война и первые месяцы поражений надолго остановили работы, связанные с освоением ядерной энергии в СССР. Практически все работы этого направления были заморожены [1, с. 17].

Тем временем, в США, Англии и Германии работы, связанные с освоением ядерной энергии развивались в полную силу. Этому способствовала, как основная причина, ее военная привлекательность. Перспектива раньше всех создать оружие, устрашающее своей разрушительной мощью, побуждала правительства этих стран финансировать разработки в сфере ядерной физики.

Результатом этих усилий явился первый исследовательский атомный реактор, пущенный 2 декабря 1942 года в Соединенных Штатах под руководством итальянского ученого Энрико Ферми. Дальнейшие разработки в этом направлении привели к беспримерной по своей разрушительной силе атомной бомбардировке японских городов Хиросима и Нагасаки, ознаменовавшей начало ядерной эры [12, c. 104].

Испытания, связанные с расщеплением атомного ядра, в Советском Союзе возобновились лишь в середине 1943 года, но уже в декабре 1946 г. в Москве на территории Института атомной энергии (носящего сейчас имя его основателя И. В. Курчатова) был введен в действие первый в Европе и Азии исследовательский ядерный реактор. В августе 1949 г. было проведено испытание атомной бомбы, а в августе 1953 г. -- водородной. Советские ученые овладели тайнами ядерной энергии, лишив США монополии на ядерное оружие.

Но создавая ядерное оружие, советские специалисты думали и об использовании ядерной энергии в интересах народного хозяйства, промышленности, науки, медицины и других областей человеческой деятельности. В декабре 1946 г. в СССР был пущен первый в Европе ядерный реактор. В июне 1954 г. вошла в строй первая в мире атомная электростанция в подмосковном городе Обнинске. Первым примером мирового применения ядерной энергии на флоте явился советский атомный ледокол «Ленин», который позволял СССР зимой использовать Северный морской путь. С 1959 по 1966 г. ледокол «Ленин» работал с 3-мя реакторами, а с 1970 г. перешёл на 2 модернизированных реактора. За период 1962—1970 гг. на американском атомоходе «Саванна» был накоплен небольшой опыт эксплуатации, однако из-за неэкономичности судна его использование было прекращено [9, c. 21].

В США также велись разработки в области атомной энергетики. Первое экспериментальное получение электрической энергии от атомного реактора было осуществлено в 1956 г., когда в Аргоннской национальной лаборатории (штат Иллинойс) был запущен энергетический кипящий атомный реактор. В следующем году атомный реактор с охлаждением водой под давлением, запущенный в Шиппингпорте (штат Пенсильвания), начал выдавать 60 МВт электрической энергии. Мощности новых атомных электростанций быстро росли по мере накопления опыта. В 1963 г. несколько атомных электростанций (АЭС) уже вырабатывали 200 МВт электрической энергии, и было начато строительство ещё более крупных станций — Ойстер-Крик (штат Нью-Джерси) и Найн-Майл-Пойнт (штат Нью-Йорк). Атомная мощность каждой из этих стран достигла 600 МВт. Атомная энергетика встала на ноги [12, c. 106].

Быстрое увеличение числа АЭС началось в 1965 г., когда было выдано семь заказов на строительство АЭС; в следующем году число заказов поднялось до 20, а в 1967 г. — до 30. В дальнейшем рост заказова АЭС стал колебаться, но в семидесятые годы существенно увеличился. В середине семидесятых годов уже велось строительство почти 240 АЭС, и большинство строящихся новых АЭС должно было вырабатывать 1000 и более мегаватт электрической энергии. Новый способ производства развивался с поразительной быстротой.

Однако с 1974 по 1978 г. в США было размещено всего 13 новых заказов на ядерные реакторы, и только два заказа на реакторы было сделано в 1978 г. С тех пор США не зарегистрировало ни одного заказа на реакторы для производства атомной энергии. Более того, в 1978 г. аннулировано 13 заказов; 8 заказов аннулировано в 1979 г., 16 — в 1980, 6-в 1981,9 — в 1982, 6 — в 1983 и 8-в 1984. В общей сложности за преиод с 1978 по 1984 г. было аннулировано 66 заказов на реакторы. Бурный прилив в атомной энергетике сменился не менее сильным отливом.

Развитие атомной энергетике существенно замедлилось, прежде всего вследствие жарких дебатов в научных кругах и в Конгрессе относительно допустимых уровней радиации от АЭС. Учёные также бурно обсуждали проблемы безопасности, имея в виду возможность предотвращения случайных выбросов радиоактивных веществ. Продолжались дисскусии о том, может ли плутоний заменить уран в качестве ядерного топлива (что в принципе привело бы к существенному расширению запасов ядерного топлива), поскольку плутоний можно похитить и использовать для изготовления атомных бомб. Что поставило под вопрос безопасность использования атомных реакторов [12, c. 111].

Уже в 1986 г. выработка электроэнергии на АЭС мира достигала 15% от общего количества энергии, производимой всеми электростанциями, а в ряде стран ее доля составила 30% (Швеция, Швейцария), 50% (Бельгия) и даже 65−70% (Франция). Достаточно успешно атомная энергетика развивалась и на территории бывшего Советского Союза: строились АЭС, наращивалась минерально-сырьевая урановая база [8, с. 45].

Изложенный материал наглядно подтверждает, что всё же первые шаги в атомной энергетике были сделаны всилу военной привлекательности ядерного оружия. Позднее, убедившись в колоссальной разрушительной силе созданного ими ядерного оружия специалисты задумались над использованием ядерной энергии в интересах народного хозяйства, промышленности, науки, медицины и других областей человеческой деятельности. Однако вслед за интенсивным ростом числа АЭС последовало и «заморожение» разработок; это было вызвано в первую очередь жаркими дебатами по вопросам экологической безопасности АЭС, также под сомнением оказалась и оправданность огромных денежных инвестиций в эту область. Экологический вопрос не был закрыт, но стало очевидно, что ядерное топливо всё же является самым дешёвым, и его запасов хватит не менее, чем на 100 лет.

1.2 Особенности атомной энергетики

Чтобы понять, как работает атомная электростанция, полезно сначала разобраться в той реакции, которая лежит в основе действия атомного реактора. Это реакция деления ядра атома, которая происходит при бомбардировке нейтронами ядер урана-235 или ядер ряда других тяжёлых элементов. Суть такой реакции состоит в разделении ядра атома на два сравнительно крупных фрагмента, что сопровождается высвобождением большого количества тепловой энергии и гамма-лучей. Крупные фрагменты, или продукты деления, представляют собой атомы, каждый из которых состоит из некоторого числа электронов и части ядра «родительского» атома. Эти осколки обычно радиоактивны и поэтапно распадаются, превращаясь в стабильные атомы и высвобождая энергию излучения на каждом этапе распада. В ходе деления возникают и нейтроны, таким образом, ядерная реакция начинает охватывать всё новые и новые ядра, что вызывает цепную реакцию; именно данная реакция является основной для создания как атомных бомб, так и атомных электростанций [8, с. 10].

Ядерное топливо в стержнях, или тепловыделяющих элементах — твэлах содержится в форме таблеток из окиси урана. Примерно 3% урана в твэлах — это уран-235, изотоп, способный делиться под действием медленных нейтронов. Остальная часть представлена ураном-238, изотопом, неспособным к делению. По мере работы реактора количество урана-235 в стержне постепенно убывает, а количество продуктов деления увеличивается. В результате процесс деления замедляется, поскольку продукты деления захватывают часть нейронов, поддерживающих ход цепной реакции. Примерно через три года, когда твэл не является уже эффективным источником тепла вследствие малой интенсивности проходящих в нём реакций деления, его необходимо заменить на свежий. Отработанный твэл относительно беден ураном, но обогощён продуктами деления; именно эти отходы представляют серьёзную опасность [8, с. 12].

1.2.1 Типы ядерных энергетических реакторов

В настоящее время в мире существует семь типов ядерных реакторов. Это PWR (pressurized water reactor), реактор ВВЭР (Водо-Водяной Энергетический реактор), PHWA (pressurized heavy water reactor), BWR (Boiling Water Reactor), РБМК (Реактор Большой Мощности Канальный), РБН (Реактор на Быстрых Нейтронах), GCR (Gas Cooled Reactor). У каждого типа реактора есть особенности конструкции, отличающие его от других, хотя, безусловно, отдельные элементы конструкции могут заимствоваться из других типов [18, c. 21].

PWR (pressurized water reactor) — энергетический реактор, использующий в качестве замедлителя ядерной реакции и теплоносителя обычную воду. Использование воды в качестве замедлителя ядерной реакции и теплоносителя в данных ядерных установках дает ряд приимуществ: технология производства таких реакторов хорошо изучена и отработана; вода, обладабющая хорошими тепло передающими свойствами, относительно просто и с малыми затратами мощности перекачивается насосами; дешивизна и общедоступность воды; реакктор предохрахняется от произвольно увеличения мощности; данная конструкция реактора позволят создавать энергетические блоки мощностью до 1600 МВт.

В месте с тем у данного типа реактора имеются и недостатки: вода при аварийных ситуациях взаимодействут с ураном, поэтому тепловыделяющие элементы должны снабжаться защитными покрытиями (обычно из циркония); возможность аварии с вытеканием радиоактивного теплоносителя.

ВВЭР — аналог реактора PWR, использовавшийся в СССР и применяющийся в современной России и других бывших союзных республиках. Чаще всего эксплуатируется энергетический реактор ВВЭР — 1000, имеющий электрическую мощность 1000МВт.

PHWR — тяжеловодный ядерный реактор. В энергетических реакторах данного типа использование природного урана значительно снижает расходы на топливо, хотя экономический эффект несколько сглаживается большей стоимостью сооружения энергоблока и большей ценой энерго носителя. Наиболее последовательными сторонниками применения данного типа реакторов являются Канада и Индия.

BWR — кипящий ядерный реактор. Реакторы данного типа обадают высокой ремонто пригодностью, возможностью замены топлива без остановки реактора. Но при этом такие реакторы считаются менее безопасными из-за возможных неустойчивых режимов работы. Использование такого типа реакторов экономически выгодно, т.к. даёт возможность использовать более дешёвое ядерное топливо с низким обагащением урана.

РБМК — основной тип кипящего реактора, использующийся в странах, образовавшихся на пространстве СНГ. Побудительным мотивом разработки РБМК явилось желание использовать в атомной энергетике накопленный в СССР большой опыт промышленных канальных реакторов т расширить производственную базу атомной энергетики благодаря отказу от сложных в изготовлении и дорогих корпусов реакторов и парогенераторов.

РБН появились в 1950-е годы, в 1960—1980-е годы работы по созданию реакторов на быстрых нейтронах активно велись в США, в СССР и ряде европейских стран. К начала 1990-х большинство этих проекторов было прекращено из-за риска аварий и высоких эксплуатационных затрат. В настоящее время в промышленном режиме на АЭС работают три реактора на быстрых нейтронах (в России, Франции и Японии).

GCR — газоохлаждаемый реактор являются наиболее экономичным и мощным источником высокого потенциального тепла. Экономичность этого тепла, вырабатываемого на относительно небольших энергетических блоках с мощностью до 600 МВ [18, c. 23].

На самом деле сложно выделить какой-либо более или менее безопасный реактор, всё зависит от правильности эксплуатации реактора, от своевременной замены отработавших механизмов и главное — от надёжного захоронения облучённого ядерного топлива (ОЯТ); однако некоторые учёные однозначно считают высокотемпеpатуpный газоохлаждаемый реактор самым безопасным т.к. безопасность его работы обеспечивается пассивно: без прямых действий операторов или электрической либо механической системы защиты.

Также ведутся разработки гибридного реактора, который сможет вырабатывать электрическую энергию, но главное его назначение — сделать более безопасными для природы уже существующие ядерные реакторы на АЭС. Говоря об экономической выгоде, стоит упомянуть термоядерные реакторы, однако они находятся лишь на стадии введения в эксплуатацию. Поэтому отметим наиболее часто встречающиеся реакторы на быстрых нейтронах, которые выгодно отличаются от реакторов на тепловых нейтронах тем, что они работают на более дешевом сырье. Кроме того, в их замкнутом топливном цикле происходит расширенное воспроизводство ядерного топлива (уран превращается в плутоний, который также используется в качестве ядерного топлива). Именно поэтому реакторы этого типа считаются самым экономически выгодным и перспективным направлением дальнейшего развития ядерной энергетики.

1.2.2 Переработка и хранение ядерных отходов

Источниками радиоактивных отходов являются не только АЭС. К их числу относятся медицинские учреждения, промышленные предприятия, исследовательские центры и прочие и, естественно, военные. Большую часть отходов составляют низкорадиоактивный мусор. Однако и он может быть крайне опасен. В 1987 году произошла показательная история. Сборщики металлолома вломились в заброшенную клинику бразильского города Гояни и украли деталь медицинского оборудования, чтобы сдать ее в металлолом. 20-ти-граммовую капсулу с цезием-137 разбили на части. Воры растащили добычу по домам и похвастались ею перед членами семей, друзьями и соседями. Результат: 14 человек получили повышенную дозу облучения (четверо из них умерли), а 249 подверглись радиоактивному заражению. В процессе дезактивации 85 жилых домов пришлось снести, 250 тыс. человек потребовали от властей, чтобы были проведены тщательные замеры радиации и детальные медицинские обследования [17, c. 7].

По данным справочника «За ядерным занавесом: Управление радиоактивными отходами в бывшем СССР», только в Москве за период 1974 по 1994 годы было обнаружено около 1.5 тыс. участков с экстремально высоким уровнем радиации. Большое количество таких участков обнаружено в крупных городах, таких как Москва, Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Калининград, Владивосток и др. В детском саду неподалеку от Курчатовского института (также Москва) была обнаружена радиоактивная песочница. Человек, который провел бы в этой песочнице сутки получил бы такую дозу радиации, которая отправила бы его на тот свет в течение месяца.

Несмотря на то, что человечество более шести десятилетий действует в ядерной сфере, до сих пор не найдено решения, позволяющего утилизировать ядерные отходы. По объему они составляют небольшую долю произведенного мусора: к примеру, по оценкам Европейской Комиссии (European Comission), ежегодно страны Европейского Союза вынуждены утилизировать 1 млрд. куб. метров промышленных отходов и 50 тыс. куб. метров радиоактивных. Проблема заключается в том, что радиоактивный мусор остается опасным на протяжении сотен и тысяч лет. К примеру, период полураспада радиоактивного стронция-90 составляет 26 лет, америциума -241 — 430 лет, плутония-239 — 24 тыс. лет. Для сравнения, «возраст» человеческой цивилизации составляет всего несколько тысячелетий. Поэтому любые повреждения хранилищ способны привести к тяжелейшим последствиям [19].

Обсуждались и продолжают обсуждаться различные варианты решения проблемы. Глобальное Партнерство по Ядерной Энергии (Global Nuclear Energy Partnership) сводит их к нескольким основным. Во-первых, возможно захоранивать отходы на океанском дне. Недостаток этого предложения заключается в том, что подобные могильники должны находиться на значительных глубинах, вдалеке от побережий. Однако контейнеры с отходами могут быть легко повреждены, их также будет сложно обнаруживать (если, например, один из них «даст течь» или когда-либо появится технология, позволяющая утилизировать отходы иным способом). Кроме того, следить за этими могильниками (например, чтобы их не могли использовать террористы или страны-изгои) достаточно проблематично. В 1972 году была принята Международная Конвенция о Предупреждении Загрязнения Моря Отходами, которая запрещает подобные опыты. Срок действия Конвенции истекает в 2018 году [22, p. 38].

Вторая идея предусматривает вывоз ядерных отходов в космос. Существует несколько разработок такого рода. К примеру, NАSА (National Aeronautics and Space Administration) и Министерство Энергетики США (Department of Energy) рассматривали возможность вывода на околосолнечную орбиту контейнеров. Эта идея имеет неоспоримое достоинство — подобным образом радиоактивный мусор удаляется с планеты Земля. Однако одновременно возрастает риск — к примеру, никто не может гарантировать, что возможное попадание этого вещества на Солнце не приведет к каким-либо негативным последствиям или, что космический мусоровоз не столкнется с метеоритом или космическим кораблем. Главным аргументом противников этой идеи остается ее невероятно высокая стоимость: при нынешнем уровне развития космонавтики для того, чтобы избавить человечество от отходов, потребуется несколько десятков тысяч запусков космических аппаратов.

Третья идея заключается в вывозе отходов на какой-либо удаленный и ненаселенный остров. Здесь также есть проблемы: ядерный могильник может быть создан только в твердых геологических породах, для него требуется значительная территория. Остров должен находиться вдалеке от густонаселенных мест. Участков суши, отвечающих подобным требованиям, крайне мало. Обеспечивать безопасную океанскую транспортировку и охрану хранилища также сложно. Впрочем, Финляндия строит подобный могильник на небольшом гранитном островке.

Четвертый вариант решения проблемы предусматривает строительство могильников среди льдов Антарктиды или Гренландии. Предполагается, что в этом случае не потребуется дорогостоящее строительство — достаточно будет построить шахту, которая будет накрыта тем же льдом. Достоинствами этой идее является незаселенность этих территорий и толщина материкового льда. Недостатки также существенны: льды могут таять (с учетом глобального потепления это становится все более вероятным), благодаря чему радиоактивные воды могут попасть в мировой океан. Доставка огромного количества подобных грузов в приполярные области, где нет коммуникаций, также является серьезнейшей проблемой. И последнее, подписанный в 1959 году Антарктический Договор запрещает размещение радиоактивных отходов на территории Шестого Континента.

Пятый вариант ныне считается наиболее удобным и приемлемым. Он предусматривает строительство подземных хранилищ в скальных породах. К примеру, Национальный Исследовательский Совет США (National Research Council) в 2001 году вынес следующий вердикт: «Подобный метод остается единственным научно и технически обоснованным долговременным решением проблемы радиоактивных отходов». Многие страны на протяжении десятилетий проводят исследования, целью которых является проверка безопасности мест, реально используемых или предназначенных для использования в качестве подобных могильников. К примеру, в Германии одно хранилище (Ассе) исследуется с 1965 года, в Швейцарии (Гримсель) — с 1984-го [11].

Судьба «отходов» — проблема, над которой бьются специалисты во всем мире. Пока что ее не удалось решить ни одной из стран, развивающих ядерную энергетику. Однако, не решив вопроса «как быть с отходами», ядерная энергетика просто не сможет выстраивать оптимистическую перспективу. По причине того, что учёные не могут прийти к компромиссному решению о наиболее безопасном и экономически выгодном способе захоронения ядерных отходов, они решили использовать эти отходы в качестве сырья. Вероятно, это наиболее оптимальное решение, однако это лишь проект, который также потребует колоссальных затрат; если он всё же будет реализован (как это планируется, в Китае к 2018 году), то у атомной энергетики будут все шансы занять лидирующие место среди всех ныне известных источников энергии.

ГЛАВА 2. ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

2.1 Проблема эксплуатационной безопасности

Сравнительно короткая история атомной энергетики хранит огромное число незапланированных остановок реакторов и тысячи аварий, включая такие крупные, как Уиндскейл (1957г., Великобритания) ныне Селлафилд, Три-Майл-Айленд (1979г., США), Чернобыль (1986г.). В настоящее время в рамках информационной системы по инцидентам МАГАТЭ накоплены данные о более чем 1,200 событиях, которые произошли на АЭС во всем мире [9, с. 112]. Так, уже после чернобыльской аварии с 1989 г. по 1996 г. на российских АЭС произошло 14 аварий с утечкой радиации.

Только официально известно, что на советских атомных подводных лодках и ледоколах произошло 34 аварии с выбросами и без выбросов радиоактивных веществ [9, с. 112]. На АЭС наблюдались также аварии, характерные для тепловых электростанций. Так, уже после аварии на ЧАЭС с 1986 г. по 1992 г. на российских АЭС было 118 пожаров, 60% из которых произошли в машинном и реакторном залах. С января 1992 г. по ноябрь 1994 г. на АЭС России и Игналинской АЭС (Литва) было 380 аварийных ситуаций, в том числе 5 с выбросом радиоактивных веществ [21, с. 113]. Известно, что причинами множества катастроф, включая и чернобыльскую, были и конструктивные недостатки самих реакторов, их систем управления и защиты, и ошибки обслуживающего персонала. Так, в странах с развитой атомной промышленностью, таких как США и Франция, «человеческий фактор» являлся причиной, соответственно, 80 и 86 процентов всех аварийных ситуациях на АЭС [21, с. 113].

Даже в случае абсолютной надежности и безаварийности работы любой АЭС, по существующим международным стандартам допускаются лицензированные газообразные и аэрозольные выбросы радионуклидов из действующей АЭС. Так, например, находящиеся в настоящее время в эксплуатации 248 АЭС на протяжении 25 лет своей работы имеют право выбросить и выбрасывают цезия-137 (одного из наиболее опасных радионуклидов) в 16 раз больше, чем было выброшено в результате чернобыльской аварии [14, с. 36]. В реакторе любой АЭС в результате деления атомов урана образуется около 300 различных радионуклидов, из которых более 30 выбрасываются в атмосферу, Среди них: йод-129 (период полураспада (ППР)-16 млн. лет), углерод-14 (ППР-5. 730 лет), цезий-137 (ППР--30 лет), криптон-85 (ППР-10,6 лет) и т. д. [15, с. 37]. Каждый из радионуклидов по-своему опасен. Так, например, опасность криптона-85 состоит в том, что он ионизирует атмосферу. По данным академика Легасова уменьшение электрического сопротивления атмосферы под действием криптона-85 приводит к увеличению числа гроз, ураганов, торнадо, смерчей, тайфунов и т. д. А углерод-14 является сильнейшим мутагеном, угнетающим и замедляющим рост деревьев и растений [14, с. 38].

Глобальную проблему представляет собой непрерывно увеличивающееся количество отработанного ядерного топлива и радиоактивных отходов. В мире уже накоплено свыше 200 тыс. тонн отработанного ядерного топлива и ежегодно это количество увеличивается на 10 тыс. тонн. Стоит напомнить, что отработанное ядерное топливо не имеет ничего общего, например, со шлаком, образующемся при сжигании каменного угля или иного горючего материала. Шлак можно сбросить в отвал или отправить его на предприятие, изготавливающее шлакоблоки [10, с. 114].

Кроме отработанного топлива атомный реактор производит несметное количество самых различных твердых и жидких отходов. На каждую тонну использованного топлива приходится 4,5 кубометр высокоактивных отходов, 150 кубометров среднеактивных отходов и 2000 кубометров низкоактивных [14, с. 40].

Через 15−20 лет, когда наступит время закрывать все ныне действующие АЭС ввиду выработки их ресурса, человечество столкнется с одной из самых сложных и серьезных им же созданных проблем — фантастически огромным количеством отработанного ядерного топлива и радиоактивных отходов и их пагубным и смертельным воздействием на здоровье человека.

2.2 География и экономика атомной энергетики

После двадцатилетнего периода стагнации ядерная энергетика, по-видимому, готова вернуть свои позиции. Когда говорят о «ядерном возрождении», то имеют в виду, вероятно, удвоение или утроение мощности АЭС к 2050 году. Как бы там ни было, многие страны решили добиться энергетической независимости, при этом, как и следовало ожидать, расположение АЭС остаётся крайне неравномерным [6, с. 34]. (Приложение 1)

США — страна № 1 по производству атомной энергии (американские АЭС производят пятую часть всего мирового объёма). В США действует 104 атомных реактора (Приложение 2). В 31 штате есть, как минимум, одна АЭС [7, с. 20]. Атомная энергетика обеспечивает производство 19% электроэнергии страны, при этом вырабатывается количество энергии равное 778,6 млрд. кВтч [4, с. 14].

В условиях того, что в 2007 году цены на природный газ выросли в два раза, Конгресс принял закон об энергетической политике (Energy Policy Act), предусматривающий инвестиции в атомную энергетику в размере $ 13 млрд. Таким образом, сегодня атомная отрасль США переживает новый расцвет: за последние 10 лет прирост производительности американских АЭС был эквивалентен вводу в строй 23 блоков мощностью 1 000 МВт [7, c. 21]. К 2050 году Министерство энергетики США намерено увеличить количество ядерных энергоблоков с 104 до 300 [4, с. 18].

Второе место в мире атомной отрасли занимает Франция, при этом она является лидером в Евросоюзе. В стране действует более полусотни реакторов, на АЭС Франции вырабатывается 80% всей производимой в стране электроэнергии [7, с. 22]. Лидером французской энергетики является государственный концерн «Арева» — единственный в мире концерн, обеспечивающий полный ядерный цикл от добычи и обогащения урана до изготовления реакторов и утилизации ядерных отходов. Компния «Арева» возникла в 2001 году в результате слияния ряда государственных и полугосударственных компаний. Концерн контролирует 30% мирового рынка производства и обслуживания ядерных реакторов и 80% рынка регенерации ядерного топлива [22]. Франция занимала второе место в мире по атомной энергетике и в 1970-е годы в условиях нефтяного кризиса. [17, с. 18]

В настоящее время Франция производит электроэнергии больше, чем потребляет, и экспортирует ее в соседние страны — Великобританию, Италию и Швейцарию [20]. Говоря об экспорте ядерных технологий, стоит отметить, что Франция поставляет в США 40% всех паровых генераторов, используемых в производстве ядерных реакторов, и 80% всех корпусов ядерных реакторов.

Степень энергетической независимости страны благодаря АЭС выросла с 20% в 1973 году до 50% в 2006 году [7, с. 23] (Приложение 3).

Несмотря на то, что Япония является единственной страной в мире, пострадавшей от разрушительного воздействия ядерного оружия в военное время, правительство всё же поддерживает использование ядерной технологии в мирных целях, чтобы обеспечить существенную часть необходимого электричества [7, c. 24]. Япония занимает 3-е место в мире по вырабртке атомной энергии. Доля атомной энергетики в энергообеспечении Японии составляет 29%, в эксплуатации находится 53 блока АЭС. Стоит отметить, что Япония начала серьёзное сотрудничество с Францией; принятые соглашения с Монголией, Казахстаном и Узбекистаном открывают японским корпорациям доступ к месторождениям этих государств [3, c. 7]. К 2015 году планируется увеличить производство ядерной энергии на 30%, что означает строительство 12 новых АЭС. Затем к 2020-му году будут введены в строй 7 новых энергоблоков АЭС, а к 2030 — ещё 3 реактора. В целом, к 2030 году, атомная энергия должна обеспечивать более 40% потребностей Японии, став крупнейшим источником энергии [7, с. 24] (Приложение 4).

Германия занимает четвёртое место в мировой ядерной энергетике. Атомная энергетика обеспечивает 32% всей электроэнергии страны. При этом только один блок Изар-2 вырабатывает столько же энергии, сколько 15 тысяч ветряных энергоустановок Германии — 12,3 млрд. кВтч в год [7, с. 25].

Согласно позиции немецкого правительства, для Германии «невозможно ни с экономической, ни с экологической точки зрения» отказаться от ядерной энергетики. Именно АЭС предотвращают ежегодный выброс 165 млн. тонн диоксида углерода (т.е. столько же, сколько весь автомобильный транспорт страны в год). Зависимость от российского газа (Германия покрывает им 47% своих потребностей) ставит под угрозу энергетическую безопасность страны. Сегодня Германия, столкнувшись с опасностью энергетического кризиса, радикально пересматривает свою энергетическую стратегию в пользу развития атомной энергетики [6, с. 38].

В России действует 31 энергоблок на 10 АЭС (на долю «мирного» атома приходится 16% всей производимой электроэнергии). Российская Федерация является мировым лидером по экспорту ядерного топлива (её доля на мировом рынке составляет 40%) [6, с. 40]. Правительство Российской Федерации утвердило федеральную целевую программу «Развитие атомного энергетического комплекса России на 2007−2010 годы и на преспективу до 2015 года». Планируется на первом этапе, начиная с 2009 года, вводить в эксплуатацию ежегодно не менее 1000 МВт ядерных мощностей, после 2015 года- не менее 2000 МВт [7, с. 26].

В России, по словам вице-премьера С. Иванова, АЭС- основа энергетики в будущем. Существующие сейчас мощности в 23гВТ должны увеличится к 2020 году в 2.5 раза. Этому будут способствовать такие факторы, как повышение коэффициента использования мощности до 80−85%; продления срока службы АЭС до 40−50 лет; реновация энергоблоков на АЭС первого поколения. Предполагается также строительство АЭС в Башкирии, на Дальнем Востоке, Северном Кавказе и Нижегородской области [6, с. 41].

Высокие темпы развития экономики Китая требуют дополнительных энергомощностей, которых в стране уже сегодня не хватает. Учитывая опыт «старых» атомных стран, Китай оснащает свои АЭС реакторами третьего поколения с повышенной системой безопасности [4, с. 22]. В настоящее время в стране работают 11 энергоагрегатов общей мощностью 8,7 млн. кВт. Следует отметить, что большая часть ядерного топлива, используемого на китайских АЭС, производится в КНР. К 2015 году в Китае будет построено не менее 32 новых атомных энергоблоков (стоимостью $ 1.5 млрд каждый) [7, с. 27].

В своё время индусы поставили перед собой амбициозную задачу- разработать оригинальные ядерные технологии, чтобы не зависеть от зарубежных специалистов. И им это удалось: сегодня Индия имеет 5 АЭС с 15 энергоблоками суммарной мощностью 3260 МВт. При этом зависимость Индии от иностранного оборудования и материалов в атомной промышленности не превышает 10% [22]. В течение ближайших 8 лет Индия намерена втрое увеличить производственную мощность реакторов. А в ближайшие 25 лет индусы планируют построить 40 новых энергоблоков, тем самым увеличив свой ядерный потенциал в 9 раз. Кроме того, по оценкам экспертов Индия в ближайшей перспективе сможет построить АЭС в других странах Азии [13, с. 17].

В Африке имеется только одна АЭС в ЮАР, но развивать ядерную энергетику предлагают также Египет, который уже объявил тендер на строительствоАЭС; Тунис, подписавший соглашение с Францией о сотрудничестве и Нигерия, где уже действуют два ядерных исследовательских центра. Африка может стать крупнейшим в мире поставщиком урана на мировой рынок [22].

Прогнозы развития АЭС различны для разных стран и отдельных регионов. Они создаются исходя из потребностей в электроэнергии, масштабов территорий, наличия обычных видов энергоресурсов, финансовых возможностей для строительства и эксплуатации АЭС, а также от общественного мнения по отношению к АЭС в стране. В целом ядерная энергетика более привлекательна в тех случаях, когда энергетический спрос быстро растёт, как, например, в Китае и Индии; когда альтернативных источников мало либо они дорогостоящи, как, например, в Японии; когда надёжность энергоснабжения является приоритетом, как, например, вновь в Японии и, возможно, в будущем в Европе; когда приоритет отдаётся уменьшению загрязнения воздушной среды и выбросов парниковых газов; когда финансирование может быть долгосрочным и когда невелик финансовый риск.

2.3 Строительство АЭС в Беларуси

Решение о строительстве атомной электростанции в Беларуси зависит от многих факторов. Определяющими среди них являются экономическая целесообразность и технические возможности развития атомной энергетики в стране.

В Республике Беларусь, наиболее пострадавшей в результате аварии на Чернобыльской АЭС, вопросу экономического и технического обоснования строительства атомной электростанции придается особое значение.

О необходимости возведения в Беларуси собственной АЭС специалисты заговорили еще в начале 1997 года. С тех пор исследования на эту тему практически не прекращались.

Для Беларуси — страны, имеющей динамичную экономику и в то же время испытывающей острую нехватку собственных топливно-энергетических ресурсов, развитие атомной энергетики имеет стратегическое значение в обеспечении энергетической безопасности и экономической независимости. В Республике Беларусь доля импортируемых энергоресурсов составляет сегодня около 85%. Практически весь потребляемый в стране газ, а также большая часть нефти завозятся из одного государства — Российской Федерации. Зависимость от единственного поставщика подрывает энергетическую безопасность республики. Кроме того, на оплату импортируемых энергоресурсов расходуется значительная часть бюджета государства.

Строительство собственной атомной электростанции позволит снизить зависимость от импорта энергоресурсов и обеспечить республику относительно дешевой электроэнергией. По расчетам Национальной академии наук Беларуси, введение в энергобаланс АЭС суммарной электрической мощностью 2 тыс. МВт позволит удовлетворить около 25% потребности страны в электроэнергии и приведет к снижению ее себестоимости на 13% за счет сокращения затрат на топливо [5, c. 15].

В соответствии с целевыми установками социально-экономического развития Республики Беларусь, определенными в программных документах, до 2015 года объем валового внутреннего продукта в нашей стране должен возрасти более чем в 2 раза. Такое увеличение ВВП не может не вызвать роста потребления электроэнергии. В этих условиях Беларуси экономически целесообразно включить в энергобаланс атомную энергетику, которая вполне может стать конкурентоспособной по отношению к использующей органическое топливо традиционной энергетике.

При отказе от развития атомной энергетики основной упор в удовлетворении растущих потребностей народного хозяйства в энергии придется делать на наращивании строительства ТЭЦ и ГЭС. А это неизбежно приведет к большему загрязнению атмосферы вредными веществами, накоплению в ней избыточного количества углекислого газа, значительному росту финансовых затрат.

Глава государства отметил, что решение о строительстве белорусской АЭС продиктовано не политическими амбициями, а необходимостью обеспечить энергетическую безопасность страны в условиях истощения мировых запасов газа и нефти, перебоев с поставками и всё возрастающих цен на энергоресурсы [15].

Политическое решение о строительстве в Беларуси собственной атомной электростанции было принято 15 января 2008 г. на заседании Совета Безопасности Республики Беларусь. 31 января 2008 г. Президент Республики Беларусь подписал постановление Совета Безопасности № 1 «О развитии атомной энергетики в Республике Беларусь». В соответствии с принятым решением в стране будет осуществлено строительство атомной электростанции суммарной электрической мощностью 2 тыс.

2.4 Оценка состояния атомной энергетики на сегодняшний день и перспективы её развития

На самом деле реалии будущего ядерной энергетики очень сложны и не так безоблачны, как может показаться на первый взгляд. Во-первых, необходимы изменения в политике правительств и решительная финансовая поддержка, в противном случае, согласно прогнозам Международного энергетического агенства, доля ядерной электроэнергии снизится с 15% в 2007 году до 9% в 2030 году. Во-вторых, возросший спрос на атомную энергетику действительно обусловлен ростом цен на нефть и природный газ, однако, не стоит упускать из виду, что атомная энергетика обеспечивает производство только электроэнергии; это означает, что атомная энергетика не в состоянии полностью исключить энергетическую зависимость [4, c. 38]

Например, 40% энергии потребляемой США, обеспечивается за счёт нефти. И даже Франция и Япония, активно использующие ядерную энергию не смогли уменьшить свою зависимость от зарубежной нефти ввиду важности нефти для транспорта и промышленности. Замена нефти ядерной энергетикой может дать заметный результат только на Ближнем Востоке, в странах которого приблизительно 30% производства электроэнергии обеспечивается с использованием нефти. Пока транспорт не перейдёт на использование электроэнергии в качестве топлива, ядерная энергия не сможет заменить нефть [4, c. 39].

В-третьих, ядерная энергетика не является решением проблемы изменения климата на ближайшую перспективу. Конечно, закрытие всех существующих ныне АЭС означает дополнительный выброс в атмосферу 600 млн. тонн углекислого газа в год. Однако речь идёт о закрытии, чего никто делать не собирается; если говорить о строительстве станций с целью экологической поддержки, то это означает введение в эксплуатацию 25 новых станций в год вплоть до 2050 года [4, c. 40].

Экономическая конкурентоспособность ядерной энергетики — также предмет больших дебатов. Атомные электростанции дороги в строительстве, но относительно дешевы в эксплуатации, поскольку их затраты на топливо низки по сравнению с альтернативными вариантами. Например, цена природного газа составляет 85% переменной стоимости киловатт-час, в то время как в случае ядерного топлива соответствующая цифра составляет 27%. Это означает, что по мере повышения стоимости органического топлива или из-за возможного регулирования в будущем уровня выбросов диоксида углерода ядерная энергетика станет относительно более конкурентоспособной [22].

Так как одним из самых слабых мест в «новой атомной энергетике» является проблема захоронения отработанного топлива и радиоционных отходов, то естественным образом возник вопрос о безотходной работе АЭС [6, c. 51]. Было предложено новое направление — превращение атомных реаторов в атомно-термоядерные. Действие такого реактора кратко можно описать следующим образом: избыточные нейтроны будут поглощаться атомами водорода и гелия (т.е. будет проходить ядерный синтез, а не расщипление ядра, как на обычных АЭС), для этого плазму необходимо будет разогреть до 100 и более млн. градусов (температура в центре Солнца — около 15 миллионов градусов) и удерживать в мощном магнитном поле; но проблема заключается в том, что ядерщики научились получать плазму лишь на стотысячную-миллионную долю секунды [10, c. 115].

Стоимость этого проекта оценивается в 5 миллиардов евро, и запуск такого реактора планируется в 2018—2020 годах [13, c. 43].

Проектирование данного термоядерного реактора (ITER) является крупнейшим международным проектом на сегодняшний день, в нём участвует 33 страны, при этом каждая из них имеет свои внутренние обязательства [22].

На осуществление проекта уйдёт много лет и немало усилий учёных, энергетиков, но в случае успеха мир избавится от энергетических проблем. Учёные отмечают полную безопасность термояда для окружающей среды и неисчерпаемость изотопного «топлива». Главный ресурс здесь -дейтерий, который содержится в водах Мирового океана в концентрации около 0,015 процента (так называемая тяжёлая вода).

Следовательно, термоядерная энергия практически неисчерпаема, для океана- не убыточна, стоимость почти нулевая, в экологическом плане- совершенно безвредна и безопасна для окружающей среды [10, c. 117].

Судя по всему термоядерная энергетика действително является панацеей от бесконечних дебатов экологов, политиков и энергетиков. Перспектива на самом деле рисуется весьма радужной, особенно если удастся утилизировать на этой станции и весь имеющийся отработанный ядерный материал. Помимо всего прочего, данная программа объединяет страны, уводя их от беконечных политических гонок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, за прошедшее десятилетие, действительно, была проделана колоссальная работа по повышению уровня безопасности работы атомных электростанций. Значительные успехи в этом направлении стали результатом возникновения так называемой «глобальной культуры безопасности в области атомной энергетики» и внедрения новых инженерно-технологических разработок на существующих станциях. Сегодня уже разработаны и продолжают разрабатываться международные стандарты безопасности работы АЭС.

Важность вопроса безопасности в работе атомных станций — не единственная проблема современной мировой атомной энергетики. Экономическая эффективность функционирования АЭС так же является тем фактором, который может изменить отношения к атомной энергетике в будущем. Для последних десяти лет развития мирового энергетического рынка были характерны высокие цены на ископаемые энергоресурсы, а также структурные изменения на энергорынках, именно эти изменения заставили крупных инвесторов обратить своё внимание на перспективную отрасль атомной энергетики. В то время атомные станции сумели сохранить конкурентоспособность. Однако сегодня экологический вопрос, а именно вопрос отработанного ядерного топлива, значительно снижает финансовые потоки. Именно поэтому учёные 33 стран мира решили сделать производство атомной энергии безотходным; термоядерная энергетика позволит решить не только проблему отходов, но и сырья.

Сегодня доля атомной энергетики составляет, приблизительно, 7−8% от мирового топливно-энергетического баланса и около 18% всей вырабатываемой электроэнергии, однако не стоит упускать из вида, что атомная энергетика обеспечивает производство только электроэнергии, поэтому данная отрасль не сможет заменить нефть.

Еще тридцать лет назад атомная энергия считалась энергией будущего. Сегодня же, оценить реальные перспективы развития данной отрасли достаточно трудно. И сторонники, и противники атомной энергетики имееют веские доказательства своей правоты. С другой стороны, атомная энергетика вряд ли утратит свою актуальность, ведь растущий спрос на электроэнергию несомненно не сможет быть удовлетворен за счет одних лишь ископаемых энергоресурсов, таких как нефть и газ. И если к 2020 году действительно состоится запуск термоядерного реактора, то атомная энергетика станет самой безопасной, экономически выгодной и перспективной отраслью выработки энергоэнергии в мире.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ:

1. Андрюшин, И. А. Укрощение ядра. Страницы истории ядерной инфраструктуры.- Самара, 2003. -254с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой