Атомная энергетика. Нужна ли она человечеству?

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Яковлев М.Ю. 1

---

1МКОУ Богучанская школа №2

Яковлева Е.Н. 1

---

1МКОУ Богучанская школа №2

Работа в формате PDF

1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

"Нет простых решений, есть только разумный выбор"

(неизвестный мудрец)

I.Введение

В мире существует масса экологических проблем, которые волнуют не только экологические организации, но и в целом всех людей. Открытие атома повлияло на развитие ядерной энергетики.

Эта тема была выбрана мной из-за своей важности и актуальности для современного общества.  Применение ядерной энергии началось благодаря научно-техническому прогрессу не только в военной области, но и в мирных целях. Сегодня нельзя обойтись без нее в промышленности, энергетике, медицине. Для нашей страны атомная энергетика имеет огромное значение, так как именно в СССР в г. Обнинске в 1954 году, была введена в эксплуатацию первая в мире промышленная атомная электростанция. С тех пор этот вид энергетики постоянно совершенствовался и улучшался.

Однако, использование ядерной энергии имеет не только преимущества, но и недостатки. Прежде всего, это опасность радиации, как для человека, так и для окружающей среды.

Актуальность

Люди все чаще слышат слова «Атомная энергетика, «Радиация», которые в большинстве случаев вызывают только опасение и страх. Что на самом деле мы знаем об атомной энергетике, которая нас окружает и стоит ли ее так бояться?

Пытаясь найти ответ на этот вопрос, мне захотелось изучить эту тему подробнее.

Цель исследования: выявить достоинства и недостатки ядерной энергетики и ее влияние на окружающую среду на примере Чернобыльской АЭС.

Задачи исследования:

Изучить информационный материал о работе атомного реактора, а также о достоинствах и недостатках атомной энергетики;

Сделать макет реактора РБМК-1000;

Измерить радиационный фон  на территории села Богучаны и Богучанской школы №2;

Сделать выводы по теме исследования.

Методы исследования:  

Аналитический метод (анализ информационного материала),

Метод измерения (измерение радиационного фона с помощью дозиметра),

Сравнительный (сравнивали радиационный фон местности с допустимыми нормами)

Моделирование (макета реактора РБМК-1000)

Этапы работы над проектом

II. Основная часть

В многочисленных публикациях сказано, что во многих регионах нашей страны наблюдается превышение норм по содержанию в атмосфере вредных веществ. Считается, что энергетические ядерные реакторы достаточно безопасны, а системы слежения и контроля, защитные экраны и обученный персонал гарантируют их безаварийную работу, а также, что ядерная энергетика является «экологически чистой» по сравнению с энергетическими установками, работающие на ископаемом топливе.

2.1 Как все начиналось

Используя различные интернет-источники, я собрал информацию об атомной энергетике, работе атомных электростанций, о причинах катастроф Чернобыльской АЭС и АЭС Фукусима. Мне стало интересно, а как все начиналось?

Как оказалось в 1945 году официально появилась на свет первая атомная бомба. Все знают – Хиросима и Нагасаки. В СССР тоже вскоре появилось такое оружие. Далее возник и «мирный атом». Впервые получить электроэнергию с помощью атомного реактора удалось в США в 1948 году. Мощность этой электростанции постепенно повышалась, но она так и не была подключена к энергетическим сетям, т.е. оставалась экспериментальной установкой. Таким образом, первая в мире промышленная атомная электростанция появилась в СССР в 1954 году. И была она построена в городе Обнинске под Москвой. Она не производила электричество в больших промышленных масштабах, но, тем не менее, это был первый шаг в создании промышленной атомной энергетики.(2)

Россия сейчас имеет в своем распоряжении 11 атомных станций. Доля выработки электроэнергии составляет более 20% от общей. Это не мало, но и не слишком много. (Приложение. Рис. 1)

По данным из журнала «Наука и техника» я выяснил, что мировыми лидерами в производстве ядерной электроэнергии на 2019 год являются Франция. 70% ее электроэнергии производят АЭС. В Венгрии, Словакии и на Украине доля составляет примерно 50%, Бельгии - 40%. Более 30% имеет Швеция, Япония, Болгария, Финляндия, Чехия и Словения, 23% Швейцария.(5)

Строительство АЭС – мероприятие долгое и дорогое. По срокам оно составляет 7–8 лет и по стоимости – намного дороже тепловой электростанции. При этом в отличие от ТЭС, топливо для атомной станции в расчете на киловатт стоит существенно дешевле, чем аналогичный по количеству произведенной электроэнергии объем углеводородов. Расходы на обслуживание и утилизацию отходов входят в контракт при строительстве АЭС и поэтому сразу учитываются в цене киловатта. Из этого следует, что себестоимость «атомного» киловатта не зависит от биржевых колебаний на энергоносители, в отличие от «углеводородного» киловатта. (2)

2.2 Принцип работы АЭС

Используя источники (смотри список литературы[16]) я создал макет атомного реактора РБМК-1000.(Приложение. Рис 2.)

Похожие реакторы были построены на Чернобыльской АЭС, Курской АЭС, Ленинградской АЭС, Смоленская АЭС. (https://hi-news.ru/technology/v-rossii-10-yadernyx-reaktorov-chernobylskogo-tipa.html)

Мощная реакция, которая возникает при делении ядра атома, лежит в основе работы любой атомной электростанции. Получаемая энергия выступает главным продуктом деятельности любой атомной станции.

Самое главное любой АЭС - это ядерный реактор, который похож на огромную кастрюлю, в котором происходят все основные процессы. Ядерное топливо ( это уран) в виде небольших черных таблеток подается в этот огромный котел. (Приложение.рис.3)

Энергия, выделяемая во время реакций, происходящих в атомном реакторе, преобразуется в тепло и передается теплоносителю (это вода). Далее тепло из теплоносителя передается обычной воде, которая в результате этого закипает. Образуется водяной пар, который вращает турбину. К турбине подсоединен генератор, который превращает в электрическую энергию.

Графитовый стержень (замедлитель) — элемент уран-графитового ядерного реактора, служащий для управления интенсивностью течения ядерной реакции в активной зоне.

Графитовые стержни эксплуатируются в виде сборок, включающих в себя до 180 стержней и более. Сборка закрепляется на подвижных элементах реактора, с помощью которых она погружается в активную зону реактора. Таким образом происходит управление реакцией.

2.3 Что стало причиной катастрофы на Чернобыльской АЭС?

В статье «Чернобыль: история самого ужасающего в мире взрыва» были описаны причины взрыва на Чернобыльской атомной электростанции. Он произошел 26 апреля 1986 года в 4-м энергоблоке. Во время эксперимента по измерению инерционного вращения турбогенератора произошел перегрев топлива, который спровоцировал разрушение активной зоны реактора. По мнению специалистов, исследующих причины аварии, реактор не был оснащен должным образом. О сбоях в ходе эксперимента поняли, но было поздно. (Приложение. Рис 4)

Отключение реактора было перенесено по ряду причин и остановить реактор стало задачей другой смены, которая была к этому не подготовлена.

Взрывы прогремели в 1:24 по местному времени. Их было два. Исследования показали, что системы безопасности были попросту отключены или выведены из строя — еще до первого взрыва.

Радиоактивный пар вместе с водородом разрушили крышку реактора весом в 1200 тонн, а затем крышу станции, а второй взрыв выбросил в атмосферу «гремучую смесь». Сразу после аварии другие реакторы отключили, а управление электростанцией перешло в аварийный режим из подземного бункера.

Взрывы, произошедшие на атомной электростанции, повлекли серьезные превышения норм уровня радиации — в тысячу раз. Но населению в 50 тысяч человек об угрозе загрязнения сообщили только на следующий день. При этом их не снабдили йодными таблетками, которые могли бы понизить уровень радиации в организме. Эвакуация началась 27 апреля 1986 года. С собой разрешалось взять только самое необходимое. Запрещалось вывозить домашних животных, так как их шерсть могла быть пропитаться радиоактивной пылью. В общей сложности было эвакуировано жителей из 188 населенных пунктов, численностью более 160 тыс. человек.

Чтобы избежать распространения загрязнений были ликвидированы животные в пострадавшей зоне. 5 мая эвакуация из зоны отчуждения (в радиусе 30 км от Чернобыля) завершилась.

Радиоактивные выбросы взрыва на Чернобыльской АЭС достигли высоты полутора километров. Ветер, дувший с юго-востока распространил зараженное облако вплоть до территорий скандинавских стран, затем оно вернулось обратно, в воздушную зону над Украиной. Второе загрязненное облако проплыло через Польшу в Чехословакию, затем в Австрию. Оно очистилось в Альпах и вернулось в Польшу. Зараженные облака так или иначе облетели весь мир.

Количество пострадавших по официальным данным, составляет  около 600 000 человеческих жизней.Последствия аварии на АЭС привели к серьезным долгосрочным последствиям, которые нанесли вред всей экосистеме, угрожая здоровью людей.

2.4 Проблемы развития

Иллюзия о безопасности ядерной энергетики была разрушена. Исследователями США было установлено, что с мая по август 1986 года, наблюдался значительный рост общего числа смертей среди населения, высокая младенческая смертность, а также пониженная рождаемость, возросло количество смертей от пневмонии, разных видов инфекционных заболеваний связанные не исключено, с поражением иммунной системы, вызванными чернобыльскими выбросами.

Однако опасность ядерной энергетики лежит не только в сфере аварий и катастроф. Известно, что радиоактивное облучение увеличивает вероятность заболеть раком. Однако надежных данных довольно мало. Опыты на человеке невозможны, значит, остается исследование аварийных ситуаций. Но чтобы получить полноценные данные, нужны подробные сведения о состоянии здоровья людей до аварии, а они есть не всегда.

Департамент общественного здравоохранения с 1990 года установил, что у людей, живущих и работающих в зоне АЭС в 4 раза выше заболеваемость, чем у обычных, работающих в безопасных местах людей.

Атомная энергетика представляет собой довольно опасное производство. Возможны техногенные катастрофы, которые могут быть связаны с несовершенством реакторов (Чернобыль тому пример). Но и природные катаклизмы исключать нельзя (Фукусима – землетрясение и цунами в Японии).

Многие страны вообще прекратили строительство и эксплуатацию атомных электростанций. АЭС не смогла конкурировать со станциями, которые работают на угле, газе и мазуте.

Человеческий фактор. Может произойти так, что человек работающий на АЭС с «плохими намерениями» нажмет кнопку и спровоцирует тем самым аварию. Конечно, есть многоуровневые системы защиты. Но предусмотреть все невозможно.

Важной причиной экологической опасности ядерной энергетики и ядерной промышленности является проблема захаранивания радиоактивных отходов, которая так и остается нерешенной. Делается это в глубоких подземных шахтах, многие из которых находятся на территории России. Свозятся туда радиоактивные отходы со всего мира.(Приложение. Рис 5) Технический прогресс, конечно, не стоит на месте. Уже разработаны атомные реакторы «на быстрых нейтронах», которые позволяют более эффективно (в 150 раз) использовать топлив. Это делает процесс производства энергии практически безотходным. Такие технологии освоены в ряде стран, и первенство здесь принадлежит России.

2.5 Применение ядерной энергии

В статье о «Применении ядерной энергетики»[4] я узнал, что сегодня нельзя обойтись без нее в промышленности, космосе, сельском хозяйстве, энергетике, медицине….

-Атомная энергетика в космосе:

В космос побывало более трех десятков ядерных реакторов, они использовались для получения энергии. Впервые ядерный реактор в космосе применили американцы в 1965 году. В СССР реактор «Ромашка» был запущен в институте атомной энергии. Но он так и не был запущен в космос. Сегодня «Роскосмос» и «Росатом» предлагают сконструировать космический корабль, который будет оснащен ядерным ракетным двигателем и сможет добраться до Луны и Марса. Но пока что это остается на стадии предложения.

-Применение ядерной энергии в промышленности:

Атомная энергия используются для производства удобрений. Применение атомной энергии в химической промышленности позволяет получать новые химические элементы, воссоздавать процессы, которые происходят в земной коре. Для опреснения соленых вод также применяется ядерная энергия.

- Применение ядерной энергии в сельском хозяйстве:

Применение ядерной энергии в сельском хозяйстве решает задачи селекции и помогает в борьбе с вредителями. Ядерную энергию применяют для появления мутаций в семенах. Делается это для получения новых сортов, которые приносят больше урожая и устойчивы к болезням сельскохозяйственных культур. Например, больше половины пшеницы, выращиваемой в Италии для изготовления макарон, было выведено с помощью мутаций. Интересное использование ядерной энергии – это облучение личинок насекомых. Делается это для того, чтобы выводить их безвредно для окружающей среды. В таком случае насекомые, появившееся из облученных личинок, не имеют потомства, но в остальных отношениях вполне нормальны.

-Ядерная медицина:

Медицина использует для постановки точного диагноза. Еще одно применение ядерной энергии в медицине было открыто совсем недавно. Это позитронно-эмиссионная томография. С ее помощью можно обнаружить рак на ранних стадиях.

-Применение ядерной энергии на транспорте:

В начале 50-х годов прошлого века были предприняты попытки создать танк на ядерной тяге, но проект так и не был воплощен в жизнь. Известная компания Ford трудилась над автомобилем, который бы работал на ядерной энергии. Но дальше макета производство такой машины не зашло. Дело в том, что ядерная установка занимала очень много места, и автомобиль получался очень большим.

Атомные ледоколы, транспортные суда, авианосцы, подводные лодки, крейсеры, атомные подводные лодки, различные суда как военного, так и гражданского назначения - самый известный транспорт, который работает на ядерной энергии.

Я живу в Красноярском крае, где ранее использовалась атомная энергетика. Например, самая известная АЭС, это АЭС г. Железногорска сооруженная в недрах горы и окруженная 200-метровым гранитным слоем, способным выдержать ядерный удар. В эту гору проложена настоящая железная дорога. АЭС была ведена в эксплуатацию в 1958 году. В 2010 году реактор был полностью остановлен. Сейчас на бывшей АЭС хранят ОЯТ. В городе Зеленогорске процветает «Электрохимический завод» — предприятие топливной компании «ТВЭЛ», входящей в Государственную корпорацию по ядерной энергии «Росатом». Персонал обслуживает самую передовую промышленную технологию обогащения урана, основанную на использовании газовых центрифуг, которую, несмотря на все попытки, не удалось превзойти ни одной стране мира. Кро­ме низ­ко­обо­га­щен­но­го ура­на, АО «ПО «Элек­тро­хи­ми­чес­кий за­вод» вы­пус­ка­ет ста­биль­ные и ра­дио­ак­тив­ные изо­то­пы раз­лич­ных хи­ми­чес­ких эле­мен­тов, осу­ществ­ляет хра­не­ние и пе­ре­ра­бот­ку обед­нен­ного гек­са­фто­ри­да ура­на (ОГФУ), попутно получая фтористоводородную кислоту и безводный фтористый водород. ( https://www.atomic-energy.ru/EKhZ)

На севере Красноярского края может появиться уникальная АЭС с мини-реакторами. Она станет одной из самых северных в мире. Создание станции с мини-реакторами не только позволит «Норникелю» найти замену импортному оборудованию, но и поможет «Росатому» развивать применение АЭС малой мощности на промышленных предприятиях. https://lenta.ru/brief/2023/01/23/arcticaes/

Применение ядерной энергии началось благодаря научно-техническому прогрессу не только в военной области, но и в мирных целях. Сегодня нельзя обойтись без нее в промышленности, энергетике и медицине. Вместе с тем, использование ядерной энергии имеет не только преимущества, но и недостатки. Прежде всего, это опасность радиации, как для человека, так и для окружающей среды. (смотри список литературы[1])  https://fb.ru/article/198185/primenenie-yadernoy-energii-problemyi-i-perspektivyi

III. Практическая

В Богучанском районе многие люди рассказывали о том, что якобы отходы от ядерных реакторов были захоронены в болотах, и поэтому увеличилось количество онкологических заболевания. У меня возник вопрос. В нашем населенном пункте нет АЭС, но если есть такие захоронения, то превышен ли уровень радиационного фона в селе Богучаны. С помощью прибора дозиметра я провел измерения радиационного фона дома, кабинетов школы(химии, физики, информатики) и мест, которые представляют собой повышенную опасность, а так же некоторых продуктов питания в магазине.

На сайте https://www.genon.ru/GetAnswer.aspx?qid=e6a4fbd7-9f49-4106-ba50-92df4e7c96d0, https://poznayka.org/s11329t2.html сказано, что дози́метр —это прибор для измерения эффективной дозы или мощности ионизирующего излучения за некоторый промежуток времени. (Приложение, рис.6.). Само измерение называется дозиметрией. [9]

Результаты измерений.

1. Когда мощность ЭЭД составляет 0,04...0,23 мкЗв/ч, это считается безопасной величиной;  

2. 0,24...0,6 мкЗв/ч - допустимая величина радиационного фона. Повышенный уровень может быть вызнан естественными причинами (излучение от гранитов и других минералов, влияние космического излучения и т.д.). Здоровье человека, постоянно живущего при такой мощности дозы, не подвергается опасности;

3. 0,61...1,2 мкЗв/ч - тревожный (подозрительный) уровень: обнаружив подобный участок местности, необходимо сообщить о нем в ближайшую санитарно-эпидемиологическую станцию для тщательной проверки. Кратковременное пребывание на такой местности не отражается на состоянии здоровья;

4. Выше 1,2 мкЗв/ч - опасный уровень: не рекомендуется даже кратковременное пребывание - необходимо по возможности быстрее покинуть это место.

Опасна не мощность дозы, а сама накопленная организмом доза, которая зависит от времени пребывания в загрязненной зоне и об этом важно помнить. Даже при очень большой мощности дозы мы не подвергаемся серьезной опасности, если быстро удалиться из опасного места.

Итак, проанализировав полученные данные можно сделать вывод о том, что радиационный фон во всех местах, где проводились измерения находится в пределах безопасной нормы. В кабинете информатики радиационный фон 0,26 мкЗв/ч, что так же находится в пределах допустимой нормы. В процессе работы большого количества компьютерной техники идет излучение радиации. Самый малый радиационный фон был замечен на территории школы (на улице), а также дома в детской комнате. Есть небольшая разница в показании уровня радиации импортных и отечественных фруктов.

IV. Заключение

Наука не стоит на месте, появляются все новые и новые способы работы с АЭС, с каждым годом этот вид энергетики становится все более безопасным.

Чернобыльская катастрофа в значительной степени затормозила развитие ядерной энергетики во всем мире. Но события тридцатилетней давности одновременно явились и дополнительным стимулом для интенсивных научных исследований в области обеспечения безопасной эксплуатации атомных установок. Ученые извлекли серьезные уроки и направили усилия на совершенствование ядерных технологий и повышение культуры безопасности.

В результате изучения информационного материала о работе атомного реактора, а также о достоинствах и недостатках атомной энергетики, пришел к выводу:

АЭС имеет достоинства и недостатки:

В результате раб АЭС выделяется в окружающую среду большое количество тепла, которое приводит к повышению температуры в реках до 45°С, уничтожив в них всякую жизнь.

Аварии на объектах атомной энергетики - самый больной вопрос эксплуатации АЭС, так как могут привести к зонам поражения радиоактивными веществами.

При утилизации радиационных отходов радиоактивные вещества могут попасть в окружающую среду, и стать причиной различных заболеваний,

Преимущества атомных электростанций (АЭС) заключается в том, что в результате ее работы нет газовых выбросов в атмосферу. Следовательно, является самым экологичным видом энергетики.

Теплотворная способность ядерного топлива оказывается большей, чем обычного топлива.

2. Создав модель реактора, изучив его работу пришел к выводу, что необходимы дополнительные меры по обеспечению надежности реакторов атомных электростанций, их безаварийной работы. Считаю, что решающее слово будет за компьютерными технологиями, которые обеспечат безопасную эксплуатацию АЭС. Возможно в ближайшем будущем ученые создадут такую бактерию, которая сможет радиоактивные отходы перерабатывать в безвредные вещества и будут в дальнейшем использованы различными отраслями(промышленность, сельское хозяйство, медицина и т.д.)

3. Показатели радиационного фона в разных местах села Богучаны в пределах нормы.

4. Считаю, что будущее человечество связано с ядерной энергетикой, так как все сферы деятельности человечества не обходятся без нее.

Считаю, что цель проектно-исследовательской работы достигнута. Гипотеза частично подтверждена.

Продолжение своего проекта вижу в дальнейшем изучении модернизации реакторов, их безопасной работе. Далее работа может быть использована для информирования обучающихся по предмету физика с темой «Работа ядерного реактора».

V. Список литературы

Комарицкая Ирина, Применение ядерной энергии: проблемы и перспективы,https://fb-ru.turbopages.org/fb.ru/s/article/198185/primenenie-yadernoy-energii-problemyi-i-perspektivyi

Сергей Егорушкин, Атомная энергетика. Нужна ли она человечеству? И если да, то, каково ее будущее, https://zen.yandex.ru/media/kapital-rus.ru/atomnaia-energetika-nujna-li-ona-chelovechestvu-i-esli-da-to-kakovo-ee-buduscee-5c47ba71a70d1c00aecda4d0

Википедия https://ru.wikipedia.org/wiki/Ядерная_энергетика_по_странам

https://nsportal.ru/ap/library/nauchno-tekhnicheskoe-tvorchestvo/2013/01/03/issledovatelskaya-rabota-energiya-budushchego-eto

Наталья Беспалова, Атомная энергетика и экологическая безопасность
https://naukatehnika.com/atomnaya-energetika.html

Википедия https://ru.wikipedia.org/wiki/Атомная_электростанция

https://beelead.com/perspektivy-razvitiya-yadernoj-energetiki/

https://habr.com/ru/post/539120/

Радиоактивность вокруг нас

http://www.dozimetr.biz/radiaciya_vokrug_nas_osnovnie_istochniki.php

http://energetika.in.ua/ru/books/book-5/part-3/section-3/3-1

https://billionnews.ru/5237-interesnye-fakty-ob-atomnoy-energetike.html

https://nsportal.ru/ap/library/nauchno-tekhnicheskoe-tvorchestvo/2015/01/04/proekt-na-temu-vliyanie-atomnykh

https://www.eprussia.ru/epr/176/13106.htm

https://www.atomic-energy.ru/news/2020/04/15/102950 (Железногорск)

Документальные фильмы по катастрофе на Чернобыльской АЭС https://yandex.ru/video/preview/13029284977328827651, https://yandex.ru/video/preview/5506917079040673101, https://yandex.ru/video/preview/8505809767183217952,

Макет РБМК-1000

https://yandex.ru/images/search?from=tabbar&text=%D0%BC%D0%B0%D0%BA%D0%B5%D1%82%20%D0%B0%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE%20%D1%80%D0%B5%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%B0%20%D1%81%D0%B2%D0%BE%D0%B8%D0%BC%D0%B8%20%D1%80%D1%83%D0%BA%D0%B0%D0%BC%D0%B8&rpt=image&lr=21822

17.Принцип работы дозиметра: что показывает и для чего нужен, https://tehnolev.ru/tsifrovaya-tehnika/dozimetr/printsip-raboty-dozimetra-chto-pokazyvaet-i-dlya-chego-nuzhen.html.

18. Чернобыль: история самого ужасающего в мире взрыва на АЭС

https://altapress.ru/zhizn/story/chernobil-istoriya-vzriva-aes-i-blizhayshee-budushchee-241185

Приложение

Рис1.Атомные электростанции в России

Рис.2. Ядерный реактор

Рис.3 Макет ядерного реактора

Рис 4. Катастрофа на Чернобыльской АЭС

Рис.5. Захоронение радиоактивных отходов

Рис. 6 Дозиметр.