Проблемы развития ядерной энергетики

Известны две группы атомных ядер, способных при определенных условиях выделять энергию: это легкие ядра — выделяют энергию в результате слияния, и тяжелые ядра (урана, тория) — выделяют энергию при делении.

Естественная радиоактивность встречается у химических элементов с атомным номером более 83. Скопление положительных зарядов в атомном ядре делает ядро настолько неустойчивым, что оно испускает либо частицы, т. е. ядра гелия, либо — электроны. При этом атомные ядра приходят в возбужденное состояние и при обратном переходе в нормальное состояние испускают рентгеновские лучи.
При выбросе ядра гелия возникает ядро нового элемента, положительный заряд которого меньше на 2 единицы, а масса на 4 единицы меньше первоначального значения. Так, например, при радиоактивном распаде радия образуется радон.
При испускании электрона из атомного ядра образуется новый элемент, у которого положительный заряд ядра на единицу больше исходного, а масса ядра практически не меняется.
Ядерное излучение обладает большой энергией, которая постепенно расходуется при прохождении через воздух, воду и другие среды при встрече с атомами среды. При каждом столкновении происходит возбуждение атомов среды, ионизация молекул или превращение в другой элемент за счет ядерной реакции.
Присутствие радионуклеина в тканях организма тем опаснее, чем чаще происходит ядерный распад. За единицу активности радионуклида принят беккерелъ (Бк), эта единица соответствует 1 акту распада в секунду.
Облучение живых тканей может осуществляться различными видами излучений, которые характеризуются плотностью ионизации. Для оценки биологического действия на ткани необходимо учитывать механизм переноса энергии для разных видов излучения, реакции в тканях организма, вызванные действием ионизирующего излучения. Облучение тканей организма при ядерном распаде в первую очередь вызывает ионизацию и образование радикалов. В мягких тканях при каждом распаде возникают новые элементы с иными свойствами. Мягкие ткани состоят главным образом из воды, и основные реакции, протекающие под действием облучения, связаны с распадом воды: при этом выделяются Н2 и О2, которые образуют гремучую смесь.
В окислительных условиях в живых клетках в дальнейшем образуются новые радикалы и гидроксид водорода — Н202.
Сильная склонность к кровотечению после получения больших доз, примерно 400 рентген, связана с повреждением мембран клет

ки. Деструктивные изменения под действием радиации возрастают, прежде всего, с увеличением содержания воды в тканях организма.
Семена растений с содержанием влаги не более 20% проявляют большую устойчивость к действию облучения, чем свежие листья, цветы, содержащие до 80-90% воды. Особое значение приобретают реакции образовавшихся радикалов (Н- и ё) с нуклеиновыми кислотами. Радикалы воды часто реагируют с основаниями нуклеиновых кислот, образуя разнообразные радикалы. Частично измененные основания при синтезе нуклеиновых кислот вступают в реакции с новыми партнерами, что приводит к образованию ложных нуклеотидов и возникновению мутаций. Радикалы ОН' реагируют не только с основаниями, но и по межнуклеотидным связям нуклеиновых кислот:
углеводы — фосфаты; углеводы — основания.
Происходит как утрата оснований, так и разрушение мостиков в молекуле ДНК. Высокие дозы облучения приводят к полному разрушению хромосом. Присутствие кислорода О2 в клетках увеличивает мутагенное действие в два раза (восстановители).
При облучении человека могут происходить три вида нарушений: раковое заболевание; острый лучевой синдром; генетическое изменение у потомства.
Уже при небольших дозах облучения может проявиться канцерогенное действие, при котором скрытый период болезни может длиться годами или десятилетиями. Причинная связь между первичным облучением и злокачественным перерождением клеток связана с изменением ДНК.
Ядерное излучение в малых дозах может быть использовано. Например, воздействие радиоактивного излучения приводит к искусственному росту растений, что связано с повышенным содержанием фитогормонов, которые были обнаружены в опухолях растений. В медицине источник искусственного воздействия излучения на организм используется для получения рентгеновского снимка.
В атомных электростанциях для получения ядерной энергии используют энергию деления тяжелых ядер: урана-235, плутония-239. Энергия нейтронов, необходимая для расщепления атомных ядер, регулируется с помощью замедлителей — тяжелой воды или графита. В результате реакций деления тяжелых ядер образуются ядра элементов средней массы, занимающих положение в середине периодической системы элементов.
Для того чтобы цепная реакция не вышла из-под контроля и не произошло чрезмерного разогрева расщепляющегося материала, используют кадмиевые стержни, которые поглощают избыток

свободных нейтронов, при этом ядра становятся стабильными. Бетонная оболочка задерживает лучи излучения, и при нормальной работе АЭС не выбрасывают в атмосферу радионуклиды.
В результате неядерного взрыва реактора 4-го блока АЭС (Чернобыль, 1986 г.) из-за ошибки обслуживающего персонала произошло проплавление реактора —- усталостная деформация металла корпуса реактора. Были повреждены и разгерметизированы тепловыделяющие элементы, содержащие ядерное топливо уран-235 и накопившие за время работы реактора (до 3 лет) радиоактивные продукты деления; из зоны реактора выходили летучие вещества — изотопы йода-131, теллура-132, цезия-137, плутония.

По выбросу радиоактивных веществ это самая крупная в мире авария. Одиннадцатого мая четыре самолета вели воздействие на облако с западной стороны, чтобы дождевые осадки выпали в зоне Чернобыля и не произошло вымывание изотопов.
Около Чернобыля большая площадь земли стала непригодна для сельскохозяйственных работ, на 1-2 км от АЭС погиб лес, рыжий лес наблюдался приблизительно на 400 га. Зона отчуждения для Чернобыля составила 30 км, она определяется периодом полураспада плутония-239 (период распада 24 тыс. лет).
Оказалась загрязненной территория к северо-западу от основной зоны на стыке Могилевской, Гомельской, Брянской, Орловской, Тульской, Калужской областей Российской Федерации, в районе юго-запада от основной зоны Пинска и Ровно, Белой Церкви, Канева, Ивано-Франковска.
По данным международного агентства атомной энергии, радиоактивные массы, пройдя территорию СССР, 27-28 апреля 1986 г. достигли Польши, ГДР, Скандинавии. Сильные дожди 30 апреля и 1 мая обусловили выпадение радиоактивных осадков во Франции, южной части ФРГ, Швейцарии, Австрии, Венгрии, Чехословакии, северной Италии. Позднее они достигли стран Азии, Северной Америки.
В 1979 г. произошла авария реактора в Гаррисбурге (США), при которой была заражена часть Европы, в том числе Швеция, где наблюдалось заражение урожая и массовый забой скота.
Другая проблема АЭС — наличие отработанных тепловыделяющих элементов (твердые элементы), которые содержат расщепляющиеся материалы в количествах, превосходящих критическую массу, н радионуклиды — продукты деления тяжелых ядер. Эти отходы либо подлежат переработке, либо должны быть собраны в хранилища.
При регенерации твердые элементы обычно обрабатываются азотной кислотой HN03, чтобы извлечь нужные изотопы U-235, Ри-239.

ряд иону к л иды извлекаются органическим растворителем из азотнокислого раствора на установках по переработке отработанных твердых элементов во Франции и Англии. Часть радиоактивных отходов сбрасывается в Атлантический океан. Эти отходы не разбавляются равномерно, как предполагалось, а перемещаются течением в северном направлении. В результате в рыбах и водорослях прибрежной полосы были обнаружены 137Cs, 134Cs, 90Sr.
Чтобы обеспечить неподвижность активных отходов, их помещают в блоки, залитые жидким стеклом, и захаранивают в сухих скальных шахтах, залитых бетоном. Однако утверждение, что не все материалы, испытанные под влиянием длительного облучения, сохраняют свою прочность и не могут быть использованы для надежного хранения радионуклидов не выдерживает критики. С 1989 г. неопределенность в выборе оптимальных условий захоронения привела к идее вывоза их для временного хранения в другие страны.
Немаловажная проблема эксплуатации АЭС заключается еще в том, что ядерное топливо можно использовать в течение сравнительно короткого времени, так, запасов урана природного U-235 хватит приблизительно на 100 лет. Также необходимо учитывать, что через 30 лет работа АЭС должна быть приостановлена, так как установка подвергалась постоянному облучению (блоки, узлы АЗС, тритиевая вода). , V
В настоящее время разрабатывается проект гибридных электростанций, дающих тепло и энергию. Здесь расщепляющийся материал заключается в графитовые сферические формы, которые постепенно могут заменяться в ходе работы реактора, используется углерод 13С, 14С и тритий 3Н, с периодом полураспада 5000 лет. Мягкое излучение трития обладает высокой ионизирующей способностью. 239Ри имеет большой период распада и является самым ядовитым из всех элементов. Для человека его максимально допустимая доза составляет не более 0,001 мг.
Радионуклиды, попавшие при прямом контакте, можно вывести из организма животного незагрязненной радионуклидами пищей. Применяют общие меры нейтрализации: дезактивация; восстановление травянистого покрова; внесение химических элементов, связывающих радиоактивные вещества.
Радионуклиды хорошо взаимодействуют с аэрозолями. Sr, Cs обладают щелочными свойствами, быстро растворяют карбонаты, растворимые в воде, кислотах, сорбируются и усваиваются растениями. Малая подвижность 137Cs и других радионуклидов обуславливает накопление Sr — в костях, молоке; Cs — мышцах, щитовидной железе. У животных поражаются красный костный мозг,

генеративные органы, у растений повреждаются репродуктивные органы. Эти организмы не способны воспроизводить потомство.
Наиболее чувствительны к воздействию внешнего разового облучения оказались овцы, козы, крупный рогатый скот. Наиболее устойчивы —- свиньи, куры. Наиболее достоверным индикатором лучевой болезни является расстройство пищеварения, сопровождаемое сильным мочеиспусканием с выделением крови через 18- 24 часа после облучения. Таких животных забивают, пока у них не повысилась температура. При температуре 40-42°С наступает сильное бактериальное обсеменение всего организма животного, мясо такого животного использовать нельзя. Если животные выжили, в течение 30-40 дней после получения дозы их можно использовать в хозяйстве для воспроизводства.

<< | >>

↑

Источник: Салова Т. Ю., Громова Н. Ю., Шкрабак В. С., Курмашев. Основы экологии. Аудит и экспертиза техники и технологии. 2004

Еще по теме Проблемы развития ядерной энергетики:

- Детская психология - Общая экология - Природопользование - Социальная экология - Экологический мониторинг - Экология города и региона - Экология человека -