VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Анализ позитивного и негативного влияния атомных электростанций на окружающую среду
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Тема проекта «Анализ позитивного и негативного влияния атомных электростанций на окружающую среду». Я выбрал эту тему проекта, потому что она актульна в наше время из-за того, что сейчас в мире существует масса экологических проблем, на которые невозможно закрывать глаза. Развитие ядерной энергетики началось с пуска 27 июня 1954 г. в СССР в г. Обнинске Первой АЭС мощностью 5000 кВт. Её эксплуатация убедительно доказала, техническую возможность превращения ядерной энергии в электрическую в промышленных масштабах.
Цель исследования: проанализировать негативное и позитивное влияние АЭС на окружающую среду.
Задачи исследования:
Изучить теоретические источники по данному вопросу;
Проанализировать влияние АЭС на окружающую среду;
Сделать выводы.
Объект исследования: история развития атомного строительства.
Предмет исследования: влияние АЭС на окружающую среду.
Гипотеза: Польза АЭС в мире значительно превышает их вероятное негативное влияние на окружающую среду
Методы исследования: анализ, синтез, обобщение собранной информации.
Глава I
1.1 Открытие электрона Томпсоном
В 1897 году Томпсон предположил, что одна из основных единиц в 1000 раз меньше атома, эта субатомная частица стала известна как электрон. Учёный обнаружил это, благодаря своим исследованиям о свойствах катодных лучей. Он оценил массу катодных лучей путем измерения тепла, выделяемого при попадании лучей теплового перехода, и сравнил ее с магнитным отклонением луча. Его эксперименты говорят не только о том, что катодные лучи в 1000 раз легче атома водорода, но и то, что их масса была одинаковой вне зависимости от типа атома. Ученый пришел к выводу, что лучи состоят из очень легких, отрицательно заряженных частиц, которые являются универсальным строительным материалом для атомов. Он назвал эти частицы "корпускулы", но позже ученые предпочли название "электроны", предложенное Джорджем Джонстоном Стони в 1891 году. (См. Приложение 1)
1.2 Боровская модель атома (Модель Бора)
Боровская модель атома – это полуклассическая модель атома, предложенная Нильсом Бором в 1913 г. За основу он взял планетарную модель атома, выдвинутую Резерфордом. Однако, с точки зрения классической электродинамики, электрон в модели Резерфорда, двигаясь вокруг ядра, должен был бы излучать энергию непрерывно и очень быстро и, потеряв её, упасть на ядро. Чтобы преодолеть эту проблему, Бор ввёл допущение, суть которого заключается в том, что электроны в атоме могут двигаться только по определённым (стационарным) орбитам, находясь на которых они не излучают энергию, а излучение или поглощение происходит только в момент перехода с одной орбиты на другую. (см. Приложение 2)
1.3 Опыты Резерфорда
Английский физик Эрнест Резерфорд тоже занимался исследованиями атома. Его эксперименты разрушили один из постулатов физики микромира того времени. Этот постулат заключался в том, что атом - неделимая частица вещества.
К тому времени уже была открыта естественная радиоактивность некоторых химических элементов. Один из них Резерфорд и использовал для опыта. Результаты эксперимента позволили создать новую модель атома.
Резерфорд облучал золотую фольгу альфа-частицами. Получилось так, что некоторые из них могли свободно пройти через фольгу, а некоторые рассеивались под разными углами. Если бы атомы золота имели структуру, предложенную Томсоном, альфа-частица, которая имеет довольно большой диаметр, могла бы только отражаться под прямым углом. Модель Томсона оказалась неспособной объяснить это явление, поэтому Резерфорд предложил свою модель, которую он назвал планетарной.
Согласно ей, атом представляет собой ядро, вокруг которого вращаются электроны. Можно привести аналогию с Солнечной системой: планеты вращаются вокруг Солнца. Электроны движутся по собственным орбитам.
(см. Приложение 3)
2.1 Принцип работы АЭС
В основе работы любой атомной электростанции лежит мощная реакция, которая возникает при делении ядра атома. В этом процессе чаще всего участвуют атомы урана-235 или же плутония. Ядро атомов делит нейтрон, попадающий в них извне. При этом возникают новые нейтроны, а также осколки деления, которые имеют огромную кинетическую энергию. Как раз эта энергия и выступает главным и ключевым продуктом деятельности любой атомной станции.
Главный элемент любой АЭС - это ядерный реактор, в котором происходят все основные процессы. Ядерное топливо (как правило, чаще всего это уран) в виде небольших черных таблеток подается в этот огромный котел.
Энергия, выделяемая во время реакций, происходящих в атомном реакторе, преобразуется в тепло и передается теплоносителю (как правило, это вода). Стоит отметить, что теплоноситель при этом процессе получает и некоторую дозу радиации. Далее тепло из теплоносителя передается обычной воде (посредством специальных устройств - теплообменников), которая в результате этого закипает. Водяной пар, который при этом образуется, вращает турбину. К последней подсоединен генератор, который и генерирует 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.
Графит получил подобное применение в атомной промышленности благодаря его физическим свойствам, которые позволяют ему замедлять быстрые нейтроны. (см.Приложение 4)
2.2 Строительство ЧАЭС
Сотни строителей уже давно приступили к работе. Посреди обширной территории вырыт огромный котлован, а специальная техника ждет команду «старт». Много лет назад, еще задолго до аварии на атомной станции, начиналось строительство ЧАЭС. Работники атомной энергетики только и ждали удобного случая реализации своих проектов. И уже с 1970 года работы вошли в активную фазу.
К 1970 году советские труженики приступили к началу строительных работ и принялись бурить котлован для первого энергоблока. А вместе с первым этапом строительства ЧАЭС целесообразным стало возведение нового города, предназначенного для работников станции. Этот перспективный и далеко идущий в своих планах город назвали Припятью. Именно он служил станции спутником.
На то, чтобы построить мощный и крепкий объект, который будет приносить огромные запасы энергии всему государству, понадобилось семь лет. При разработке плана строительства и подробных чертежей будущего объекта предполагалась постройка шести энергоблоков. Первый энергоблок отправлен в работу в 1977 году, следующий запущен к январю 1979 года, а последние два энергоблока начали свою работу с 1981 и с 1983 года соответственно. В то время многие атомные станции начинали свою деятельность с реакторами РБКМ-1000, мощность которых составляла около 8 млн кВт. Такая судьба ждала и ЧАЭС. Когда стало очевидным решение о постройке АЭС в центральной части Украины, куратором проекта в Чернобыле назначили Институт атомной энергии, который и предложил ввести в работу новый реактор РБКМ-1000. (см.Приложение 5)
2.3 Чернобыльская авария
9 сентября 1982 года на ЧАЭС произошла первая авария – во время пробного пуска 1-го энергоблока разрушился один из технологических каналов реактора, была деформирована графитовая кладка активной зоны. Пострадавших не было, ликвидация последствий ЧП заняла около трех месяцев.
В ночь на 26 апреля 1986 года на 4-м энергоблоке ЧАЭС проводились испытания турбогенератора.
Планировалось остановить реактор (при этом планово была отключена система аварийного охлаждения) и замерить генераторные показатели.
Безопасно заглушить реактор не удалось. В 1 час 23 минуты мск на энергоблоке произошел взрыв и пожар.
ЧП стало крупнейшей катастрофой в истории атомной энергетики: была полностью разрушена активная зона реактора, здание энергоблока частично обрушилось, произошел значительный выброс радиоактивных материалов в окружающую среду. Интенсивный пожар продолжался 10 суток, за это время суммарный выброс радиоактивных материалов в окружающую среду составил около 380 млн кюри.Радиоактивному загрязнению подверглось более 200 тыс. кв. км, из них 70% – на территории Украины, Белоруссии и России.Впоследствии загрязнение было отмечено в арктических областях СССР, Норвегии, Финляндии и Швеции.
Первое краткое официальное сообщение о ЧП было передано ТАСС 28 апреля. Только 14 мая Михаил Горбачев выступил с телевизионным обращением, в котором рассказал об истинном масштабе происшествия.
Советская госкомиссия по расследованию причин ЧП возложила ответственность за катастрофу на руководство и оперативный персонал станции. Консультативный комитет по вопросам ядерной безопасности
в своем отчете 1986 года подтвердил выводы советской комиссии. (см. Приложение 6)
2.4 Польза и вред АЭС
Польза:
1. Потребляет мало топлива
2. Более экологически чистая, чем ТЭС и ГЭС
3. Можно построить в любом месте
4. Не зависят от дополнительных источников энергии
5. Позволяют сэкономить природные ресурсы
Вред:
1. Транспортировка радиоактивных отходов
2. Опасность аварий
3. Опасные последствия аварий (большие территория заражения, длительное их восстановление)
(см. Приложение 7)
Заключение
Выполнив проект, мы пришли к выводу, что атомные электростанции более экологичны для окружающей среды, чем ГЭС и ТЭС. Но АЭС могут нанести большой вред, если халатно относиться к своей работе на АЭС. Принцип работы атомных электростанций заключается в делении атома с помощью нейтрона. В результате этого процесса высвобождается колоссальный объем энергии.
Казалось бы, атомная энергетика - это исключительное благо для человечества. Однако история доказала обратное. В частности, крупная трагедии - авария на советской Чернобыльской АЭС в 1986 году - продемонстрировала опасность, которую несет в себе "мирный" атом.
Мне кажется, что тема АЭС очень актуальна в настоящее время, т.к. в мире сейчас истощение природных ресурсов таких как: газ, нефть, древесина, которые являются топливом. И чтобы замедлить этот процесс, нужно строить АЭС.
Цель исследования достигнута, задачи в ходе работы выполнены полностью.
Список используемой литературы:
https://chernobylguide.com/ru/princip_raboty_aes.html
http://cyclowiki.org/wiki/Графитовые_стержни
https://szemp.ru/raznoe/vred-i-polza-aes.html
http://present5.com/plyusy-i-minusy-atomnyx-elektrostancij-ustrojstvo-aes/
https://tass.ru/spec/chernobyl
https://yandex.ru/images/search?pos=3&img_url=https%3A%2F%2Fwww.welt.de%2Fimg%2Fvermischtes%2Fweltgeschehen%2Fmobile101902324%2F2472503917-ci102l-w1024%2Fkami-tschernobyl-7-DW-Vermischtes-Tschernobyl-jpg.jpg&text=%D0%A7%D0%90%D0%AD%D0%A1%20%D1%84%D0%BE%D1%82%D0%BE%20%D0%BF%D0%BE%D1%81%D0%BB%D0%B5%20%D0%BA%D0%B0%D1%82%D0%B0%D1%81%D1%82%D1%80%D0%BE%D1%84%D1%8B&lr=217&rpt=simage
http://pripyat-city.ru/uploads/posts/2011-03/1300896677_scn_0006-pr-s.jpg
https://img-fotki.yandex.ru/get/56796/225044291.487/0_16b524_4e142466_orig.jpg
https://chernobyl-heart.com/stroitelstvo-chaes
https://static.turbosquid.com/Preview/2015/03/18__06_24_10/Main.pngda98d241-53ef-442e-82b3-286ed28ff1daOriginal.jpg
https://www.kakprosto.ru/kak-896806-kto-i-kogda-otkryl-atom
http://900igr.net/up/datas/86247/019.jpg
http://fb.ru/article/184999/aes-printsip-rabotyi-i-ustroystvo-istoriya-sozdaniya-aes
http://fb.ru/article/251308/otkryitie-elektrona-djozef-djon-tomson
https://ru.wikipedia.org/wiki/Боровская_модель_атома
Приложение 1
Открытие электрона Томпсоном
Приложение 2
Боровская модель атома (Модель Бора)
Приложение 3
Опыты Резерфорда
П риложение 4
Принцип работы АЭС
Приложение 5
Стрительство ЧАЭС
Приложение 6
Чернобольская авария
Приложение 7
Польза и вред АЭС