1.5.3. Атомные эяею1росташщи

В реакторе атомной электростанции (АЭС) тепловая энергия выде­ляется за счет высвобождения энергии связи нейтронов и протонов при делении ядер урана-235 под воздействием нейтронов. Если при химическом сжигании 1 г угля выделяется 7 ккал теплоты, то при "сжигании" 1 г ядерного топлива — 20 млн.ккал, т.е. почти в 3* 10^е раз больше. Для агрегата ТЭС мощностью 1 млн.кВт ежесуточно требует­ся около 10 тыс.т угля, а в течение трех лет — 300 тыс. вагонов угля. А для АЭС той же мощности за три года (продолжительность непре­рывной работы реактора АЭС без смены "горючего") потребуется всего 80 т ядерного топлива — 2 вагона. Вследствие этого установка

41

АЭС возможна в любом месте, где имеется достаточно много воды для охлаждения реактора, где нет серьезной сейсмической опасности, отсутствует осаждение грунта и нет угрозы разрушения здания АЭС в результате каких-либо внешних причин.

В тепловыделяющих элементах (ТВЭЛах) находится ядерное горю­чее, содержащее обычно около 2% урана-235, 97% урана-238 и неболь­шую долю урана-234. Уран-235 — единственное природное вещество, способное самостоятельно поддерживать цепную реакцию деления ядер. Захватывая нейтрон, уран-235 превращается в крайне неустойчи­вый уран-236, который расщепляется на 2—3 осколка более легких элементов (бром, иод, криптон, барий и др.). Образующийся "дефект массы" вызывает выделение большого количества энергии и рождение новых двух-трех нейтронов, обеспечивающих дальнейшее протекание ядерной реакции. Эти новые нейтроны обладают огромной скоростью (около 20 000 км/с) и начальной энергией в несколько миллионов электрон-вольт (1 эВ = 1,59«Ю^-19 Вт/с = 1,59- 10~ⁱ² эрг). Захват нейт­ронов ядрами урана-235 эффективен, если движение нейтронов в реак­торе замедлить до ~ 2 км/с. При этом появляется возможность управ­лять цепной реакцией в реакторе. Замедление "быстрых" нейтронов происходит с помощью тяжелой воды или графита.

Часть нейтронов захватывается ядрами неделящегося урана-238, который составляет основную начинку ТВЭЛов. При этом появляется новое ядерное "горючее" — плутоний-239, который в природе не встре­чается из-за относительно малого времени полураспада (25 тыс .лет). Плутоний-239 является более эффективным ядерным "горючим", чем уран-235, и используется для создания ядерного оружия.

Вместо урана-238 может использоваться также торий-232. В этом случае конечным продуктом является делящийся изотоп урана (уран-233).

Через 3 года эксплуатации отработанные ТВЭЛы вынимают из реактора и около трех лет выдерживают на АЭС в специальных бас­сейнах. За это время полностью распадаются накопившиеся в ТВЭЛах радиоактивные продукты (радионуклиды) с малым периодом полурас­пада. После выдерживания из тепловыделяющих стержней выделяют плутоний-239, а отходы готовят к захоронению.

В процессе деления ядер урана-235 и получения целого ряда транс­урановых элементов при воздействии нейтронов на ядра урана-238 в активной зоне работающего атомного реактора образуются различные радиоактивные продукты деления, в том числе газообразные и аэро­зольные. Радиоактивные газы и аэрозоли очищают и затем выбрасыва­ют в атмосферу.

Захоронению подлежат радиоактивные отходы ядерного реактора, 42

а также сами реакторы, срок службы которых составляет 30—40 лет. Типичная АЭС мощностью 1 мли.кЁт за год подготавливает для захо­ронения не более 2 м³ радиоактивных отходов. Общее количество отходов, образуемых на всех АЭС бывшего СССР, составляет ежегодно всего около 30 т.

Гораздо большую проблему представляет захоронение различных радиоактивных веществ, накопившихся в ходе многолетней наработки плутония для ядерного оружия. Этих отходов в сотни раз больше, чем при производстве ядерного топлива для всех АЭС.

Несмотря на потенциальную опасность загрязнения окружающей среды радиоактивными отходами, атомная энергетика рассматривается как наиболее реальная альтернатива для электроэнергетики на орга­ническом топливе.

К концу 1988 г. в 26 странах мира эксплуатировалось 429 энергети­ческих атомных реакторов суммарной мощностью 311 млн .кВт, строи­лось еще 105 реакторов общей мощностью 85 млн.кВт (табл. 8).

* Ч а л ы й Г.В. Энергетика и экология, 1991.

К концу 1989 г. в мире в эксплуатации находилось уже 434 ядер­ных энергоблоков, суммарная установленная мощность АЭС возросла на 7 млн.кВт.

На территории бывшего Союза по состоянию на 1.01.90 г. на 15 АЭС эксплуатировалось 46 энергоблоков общей установленной мощ­ностью около 37 млн.кВт.

43

На конец января 1991 г. приостановлены, законсервированы или перепрофилированы пусковые стройки Ростовской, Крымской, Татарс­кой, Башкирской АЭС, а также отдельные энергоблоки на Смоленс­кой, Хмельницкой, Запорожской, Калининской и других АЭС. Прек­ращено проектирование и строительство 60 АЭС общей мощностью 160 млн.кВт.

Такая ситуация возникла в результате кардинального изменения общественного мнения в отношении атомной энергетики после аварии на Чернобыльской АЭС.

После взрыва, выбросившего в атмосферу огромное количество ядерного топлива, цепная реакция деления ядер в реакторе прекратилась — реактор утратил "критичность", однако температура в нем оставалась высокой еще долгое время за счет радиоактивных превращений. В течение месяца в атмосферу продолжалось выделение летучих радиоактивных нуклидов: инертных газов, иода-131, теллура, цезия и др.

В результате аварии на Чернобыльской АЭС пострадали сотни тысяч людей (особенно дети) не только вблизи Чернобыля, но и дале­ко за его пределами — на Украине, в Белоруссии и частично в России. Образовались радиоактивные "следы" и "пятна" — места выпадения радиоактивного дождя. Выпадение радионуклидов обнаружено также на территории Австрии, ФРГ, Италии, Норвегии, Швеции, Польши, Румынии, Финляндии.

Конечно же Чернобыльская катастрофа — беспрецендентная авария в атомной энергетике, намного более тяжелая, чем, например, авария, происшедшая в 1979 г. в США на станции "ТримаЙл Айленд", где также была повреждена активная зона реактора, но выброс радиоак­тивных продуктов за пределы АЭС был относительно мал.

Авария на ЧАЭС стимулировала проведение комплексных научно-исследовательских и конструкторских работ по созданию новых поко­лений АЭС с предельно достижимой безопасностью. Атомная энерге­тика уже располагает проектами установок, способных к самоподавле­нию процессов, ведущих к тяжелым авариям, причем практически независимо от действий персонала. После Чернобыля специалистам во всем мире стало ясно, что только тесные контакты друг с другом и своевременное информирование общественности о всех нововведениях могут гарантировать дальнейшее бесконфликтное развитие атомной энергетики. В октябре 1989 г. Генеральная Ассамблея ООН призвала все государства стремиться к эффективному и гармоничному сотрудни­честву "в содействии использования ядерной энергетики и применения необходимых мер в целях дальнейшего повышения безопасности ядер­ных установок". 44

Чернобыльская трагедия заставила пересмотреть и принципы раз­мещения АЭС. В этом вопросе необходимо учитывать множество фак­торов: потребность региона в электроэнергии, природные условия, наличие достаточного количества воды, плотность населения, вероят­ность возникновения землетрясений, наводнений, характеристику верхних и нижних слоев грунта, грунтовых вод и т.д.

1.5.4. Нетрадиционные источники получения электрической энергии

Наряду с традиционными источниками электроэнергии в мире ведется поиск путей удовлетворения все возрастающих энергетических потребностей человечества. В ряде случаев этот процесс идет более или менее успешно, однако рассчитывать на появление альтернатив­ных источников энергии в больших масштабах ближайшие 20—30 лет вряд ли приходится. Особенно большие надежды сейчас возлагаются на использование энергии Солнца, тепла Земли, энергии ветра, энер­гии приливов — отливов, энергии термоядерного синтеза и некоторых других.