Атомная энергетика и загрязнение биосферы

21

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ

АКАДЕМИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ

              Кафедра: Экологической безопасности

              Дисциплина: Экология пожаров, территорий и ЧС

РЕФЕРАТ

«Атомная энергетика и загрязнение биосферы»

Выполнил: слушатель ФРК                                         

майор вн. службы Р.С. Баксанов                           

Проверил:__________________________

__________________________________

Москва 2012

Содержание

1.      Введение                                                                                                                                            стр.3-4

2.      Атомная энергетика, причина ее использования                                          стр.5-6

3.      Понятие биосфера                                                                                                                стр.7-8

4.      Радиационное загрязнение биосферы                                                                      стр.9-13

5.      Воздействие атомных станций на окружающую среду                            стр.14-19

6.      Заключение                                                                                                                              стр.20

7.      Список использованной литературы                                                                      стр.21

1. Введение

Атомная энергетика - область техники, основанная на использовании реакции деления атомных ядеp для выработки теплоты и пpоизводства электpоэнергии. Атомные электростанциями (АЭС) мира производят 20% электроэнергии. Такие электростанции pаботают  более чем в 35 стpанах. Ядерный сектор энергетики наиболее значителен во Фpанции, Бельгии, Финляндии, Швеции, Болгаpии и Швейцаpии, т.е. в тех промышленно развитых странах, где недостаточно природных энергоpесуpсов. Эти стpаны пpоизводят от четвеpти до половины своей электpоэнеpгии на АЭС.

Атомная энеpгетика остается предметом острых дебатов. Стоpонники и пpотивники атомной энеpгетики pезко pасходятся в оценках ее безопасности, надежности и экономической эффективности. Кроме того, шиpоко pаспpостpанено мнение о возможной утечке ядеpного топлива из сфеpы производства электpоэнеpгии и его использовании для пpоизводства ядеpного оpужия.

Ядерная энергетика, при условии строжайшего выполнения необходимых требований, более или менее экологически чище пo сравнению с теплоэнергетикой, поскольку исключает вредные выбросы в атмосферу (зола, диоксиды, углерода и серы, оксиды азота и др.).

Использование атомной энергии в широких масштабах приводит к накоплению радиоактивных отходов. Возникает проблема их захоронения.

              Радиационное загрязнение это  превышение естественного уровня содержания в окружающей среде радиоактивных веществ, которое может быть вызвано ядерными взрывами и утечкой радиоактивных компонентов в результате аварий на АЭС или других предприятиях, при разработке радиоактивных руд и.т.п., оно является одной из важнейших проблем экологии.

Радиоактивное загрязнение биосферы - это превышение естественного уровня содержания в окружающей среде радиоактивных веществ. Оно может быть вызвано ядерными взрывами и утечкой радиоактивных компонентов в результате аварий на АЭС или других предприятиях, при разработке радиоактивных руд и т.п. При авариях на АЭС особённо резко увеличивается загрязнение среды радионуклидами (стронций-90, цезий-137, церий-141, йод-131, рутений-106 и др.). В настоящее время, по данным Международного агентства по атомной энергетике. (МАГАТЭ), число действующих в мире реакторов достигло 426 при их суммарной электрической мощности около 350 ГВт (20-25% мирового производства электроэнергии).

              Загрязнение биосферы имеют различные формы проявления и влияния на человека. Одни оказывают прямое влияние, вызывая различные заболевания, патологические и генетические изменения в организме и снижают нормальную трудоспособность. Другие влияют косвенно, изменяя природную среду в худшую для человека сторону.

В данной работе мы рассмотрим вопросы, связанные с атомной энергетикой и загрязнение биосферы.

2. Атомная энергетика, причины ее использования

Энергия - это основа основ. Все блага цивилизации, все материальные сферы деятельности человека - требуют расхода энергии.

На сегодняшний день энергия атома широко используется во многих отраслях экономики. Строятся мощные подводные лодки и надводные корабли с ядерными энергетическими установками. С помощью мирного атома осуществляется поиск полезных ископаемых. Массовое применение в биологии, сельском хозяйстве, медицине, в освоении космоса нашли радиоактивные изотопы.

Состояние и развитие атомной энергетики мира свидетельствует о том, что ей нет альтернативы. Современное человечество привыкло к проникновению электроэнергии во все отрасли народного хозяйства и в домашний быт.

              В подавляющем большинстве стран для получения электричества используют теплоту органических топлив, относящихся к числу невозобновляемых энергоресурсов (кроме древесины и торфа), запасы органических топлив конечно значительны, но не бесконечны.

              А главное нельзя сжигать такие топлива как нефть и ее производные, коксующиеся угли под котлами, потому что им есть более нужное применение. Это первое преимущество атомной энергетики, она призвана обеспечить экономию органических топлив и прежде всего наиболее ценных.

              Вторая причина развития заключается в возможности расположения АЭС вблизи предполагаемых нагрузок, т.к. топливно-транспортные расходы малы в связи с весьма высокой «калорийностью» ядерного топлива.

              Третья причина – экологическая. В условиях нормальной эксплуатации АЭС обеспечивается высокая чистота воздушного бассейна и радиационный фон в районе АЭС меньше, чем создаваемый ТЭС и др. промышленными предприятиями.

              В пяти наиболее развитых странах мира ядерная энергетика позволяет сэкономить в год до 440 млн. тонн угля (в России – 65,3), 350 млн. тонн нефти (в России – 40,3), до 280 млрд. куб.м. газа (в России – 36,8), предотвратить сжигание свыше 450 млн. тонн кислорода (в России - 36), сохранить земельные пространства на территории в 70 тыс. га. ( в России - 11).

              Мощность всех атомных электростанций (АЭС), которых в мире более 400, достигает по данным МАГАТЭ, 350 ГВт. АЭС дают 20-25% электроэнергии от общего мирового производства, остальная электроэнергия производится гидро- и тепловыми станциями, работающими на газе, мазуте, угле. Так как запасов ископаемого топлива по расчетам хватит на 80-100лет, а использование энергии ветра, морских приливов, солнца связано с ограниченностью мощности станций и другими факторами, то значение атомной энергетики будет возрастать.

Атомные электростанции – третий «кит» в системе современной мировой энергетики. Техника АЭС, бесспорно, является крупным достижением НТП. В случае безаварийной работы атомные электростанции не производят практически никакого загрязнения окружающей среды, кроме теплового. Правда в результате работы АЭС (и предприятий атомного топливного цикла) образуются радиоактивные отходы, представляющие потенциальную опасность. Однако объем радиоактивных отходов очень мал, они весьма компактны, и их можно хранить в условиях, гарантирующих отсутствие утечки наружу.

АЭС экономичнее обычных тепловых станций, а, самое главное, при правильной их эксплуатации – это чистые источники энергии.

Вместе с тем, развивая ядерную энергетику в интересах экономики, нельзя забывать о безопасности и здоровье людей, так как ошибки и неправильное отношение к атомной энергетике могут привести к ужасным катастрофическим последствиям (радиационное загрязнение биосферы, атмосферы, литосферы, гидросферы).

3. Понятие биосфера

Рассмотрение основополагающих вопросов общей экологии целесообразно начать со знакомства с биосферой как глобальной экосистемой и закономерностями ее функционирования. В таком случае разделы экологии более низкого ранга (популяционный, экосистемный) будут в определенной мере подчинены углубленному раскрытию закономерностей существования биосферы и допустимых пределов вмешательства в нее или ее звенья человека. Другими словами, на уровне экосистем элементарного плана должен осуществляться в основном принцип локальных действий, в то время как биосферный уровень формирует базу для глобального мышления.

В настоящее время становится предельно ясным, что среда, в которой мы живем, сформирована жившими организмами различных геологических эпох. По образному выражению Б. Коммонера, окружающая среда - «... это дом, созданный на Земле жизнью и для жизни». При этом каждое поколение организмов этот дом совершенствовало соответственно изменявшимся условиям и обитающим в нем существам. Эти истины стали понятными людям далеко не сразу. Важнейший вклад в этот раздел современной экологии внесли исследования академика В. И. Вернадского (1863-1945), его учение о биосфере.

Термин «биосфера» в научную литературу введен в 1875 г. австрийским ученым-геологом Эдуардом Зюссом. К биосфере он отнес все то - пространство атмосферы, гидросферы и литосферы (твердой оболочки Земли), где встречаются живые организмы.

Владимир Иванович Вернадский (1863-1945) использовал этот термин и создал науку с аналогичным названием. Если с понятием «биосфера», по Зюссу, связывалось только наличие в трех сферах земной оболочки (твердой, жидкой и газообразной) живых организмов, то, по В. И. Вернадскому, им отводится роль главнейшей геохимической силы. При этом в понятие биосферы включается преобразующая деятельность организмов не только в границах распространения жизни в настоящее время, но и в прошлом. В таком случае под биосферой понимается все пространство (оболочка Земли), где существует или когда-либо существовала жизнь, то есть где встречаются живые организмы или продукты их жизнедеятельности. В. И. Вернадский не только сконкретизировал и очертил границы жизни в биосфере, но, самое главное, всесторонне раскрыл роль живых организмов в процессах планетарного масштаба. Он показал, что в природе нет более мощной геологической (средообразующей) силы, чем живые организмы и продукты их жизнедеятельности.

Учение В. И. Вернадского о биосфере произвело переворот во взглядах на глобальные природные явления, в том числе геологические процессы, причины явлений, их эволюцию. До трудов В. И. Вернадского эти процессы прежде всего связывались с действием физико-химических сил, объединяемых термином «выветривание». В. И. Вернадский показал первостепенную преобразующую роль живых организмов и обусловливаемых ими механизмов образования и разрушения геологических структур, круговорота веществ, изменения твердой (литосферы), водной (гидросферы) и воздушной (атмосферы) оболочек Земли.

4. Радиационное загрязнение биосферы

              Радиационное загрязнение – одно из самых опасных.

Проблема радиоактивного загрязнения возникла в 1945 году после взрыва атомных бомб, сброшенных на японские города Хиросиму и Нагасаки. Испытания ядерного оружия, производимое в атмосфере, вызвали глобальное радиоактивное загрязнение. Радиоактивные загрязнения имеют существенное отличие от других. Радиоактивные нуклиды - это ядра нестабильных химических элементов, испускающих заряженные частицы и коротковолновые электромагнитные излучения. Именно эти частицы и излучения, попадая в организм человека, разрушают клетки, вследствие чего могут возникнуть различные болезни, в том числе и лучевая. При взрыве атомной бомбы возникает очень сильное ионизирующее излучение, радиоактивные частицы рассеиваются на большие расстояния, заражая почву, водоемы, живые организмы. Многие радиоактивные изотопы имеют длительный период полураспада, оставаясь опасными в течение всего времени своего существования. Все эти изотопы включаются в круговорот веществ, попадают в живые организмы и оказывают губительное действие на клетки. Очень опасен стронций, вследствие своей близости к кальцию. Накапливаясь в костях скелета, он служит постоянным источником облучения организма. Радиоактивный цезий (137Cs) сходен с калием, его много в мышцах пораженных животных. Халатное отношение к хранению и транспортировке радиационных элементов приводит к серьезным радиационным загрязнениям.

Источниками радиоактивного загрязнения биосферы могут быть выпадение радиоактивных аэрозолей, поступивших в стратосферу в результате испытаний ядерного оружия; выпадение радиоактивных изотопов, образовавшихся в результате уничтожения в высоких слоях атмосферы ядерных энергетических установок; отходы атомной промышленности, захороненные с нарушением технологии или потерянные при транспортировке; все виды стоков, сбросов и выбросов при работе и авариях на атомных электростанциях (АЭС), подводных и надводных судах с атомными двигателями; радиоактивные вещества, попавшие в биосферу в результате аварийных ситуаций и несчастных случаев, связанных с атомным оружием; неконтролируемые источники радиации (отходы урановых шахт, производства, на которых используются радиоактивные изотопы, заводы по переработке горючих веществ). Радиоактивное загрязнение биосферы тем более опасно, что использование радиоактивных изотопов в промышленности н энергетике локализовано в районах с наибольшей плотностью населения.

В течение многих лет массовым источником радиоактивного загрязнения биосферы были регулярные испытания ядерного оружия в разных регионах земного шара. Только за период с 1945 по 1980 гг. проведено свыше 1200 атомных взрывов, из которых около половины — в атмосфере. В момент ядерного взрыва все радиоактивные продукты находятся в атомном состоянии. По мере охлаждения облака взрыва тугоплавкие материалы оболочки бомбы конденсируются и во взвешенном состоянии переносятся на огромные расстояния.

Радиационное загрязнение биосферы передается из одной экосистемы в другую и влияет на человека с помощью животных, растений, воды, пыли, воздуха и могут нанести ущерб человеку на отдельном расстоянии от первоначального выброса радиации.

              Радиационное загрязнение атмосферы.

              Радиоактивные вещества, попадающие в атмосферу при их добыче, и эксплуатации атомных установок и двигателей, могут представлять опасность.

Однако при современном уровне защитной техники этот источник радиоактивности незначителен.

              Наибольшее загрязнение атмосферы радиоактивными веществами происходит в результате взрывов атомных и водородных бомб. Каждый такой взрыв сопровождается образованием грандиозного облака радиоактивной пыли.

Взрывная волна огромной силы распространяет ее частицы во всех направлениях, поднимая их более чем на 30км. В первые часы после взрыва осаждаются наиболее крупные частицы, несколько меньшего размера – в течении 5 суток, а мелкодисперсная пыль потоками воздуха переносится на тысячи километров и оседает на поверхности земного шара в течении многих лет.

              Распространение в атмосфере радиационных загрязнений определяется горизонтальным и вертикальным движением воздушных течений и потоков. Концентрация в значительной мере зависит от температуры воздуха, наличия области, тумана, осадков и других факторов, влияющих на скорость перемещения слоев воздуха.

              Основное количество радиоактивных веществ поступает из атмосферы на землю с атмосферными осадками.

              Радиационное загрязнение литосферы.

              В связи с широким использованием в народном хозяйстве радиоактивных веществ появилась опасность загрязнения почв радионуклидами. Источники радиации – ядерные установки, испытание ядерного оружия, отходы урановых шахт. Потенциальными источниками, радиоактивного загрязнения могут стать аварии на ядерных установках, АЭС (как в Чернобыле, Екатеринбурге, а также в США, Англии).

              В верхнем слое почвы концентрируются радиоактивные стронций и цезий, откуда они попадают в организм животных и человека. Например, лишайники северных зон обладают повышенной способностью к аккумуляции радиоактивного цезия. Олени, питающиеся ими, накапливают изотопы, а у населения, использующего в пищу оленину, в организме в 10 раз больше цезия, чем у обитателей умеренных широт.

              Далее радиоактивные вещества транспортируются водными течениями, подвижными организмами, особенно рыбами и птицами, которые способны поглощать из среды радиоизотопы и концентрировать их в своих органах, тканях и клетках, что приводит к внутреннему облучению.

              Радиационное загрязнение гидросферы.

              Основными источниками радиоактивного загрязнения Мирового океана являются:

      загрязнения от испытаний ядерного оружия;

      загрязнения радиоактивными отходами, которые непосредственно сбрасываются в море;

      крупномасштабные аварии (ЧАЭС, аварии судов с атомными реакторами);

      захоронение радиоактивных отходов на дне и др.

Во время испытания ядерного оружия, особенно до 1963 г., когда проводились массовые ядерные взрывы, в атмосферу было выброшено огромное количество радионуклидов. Так, только на арктическом архипелаге Новая Земля было проведено 130 ядерных взрывов (только в 1958 г. – 46 взрывов), из них 87- в атмосфере.

Отходы от английских и французских атомных заводов загрязнили радиоактивными элементами практически всю Северную Атлантику, особенно Северное, Норвежское, Гренландское, Баренцево и Белое моря. В загрязнении радионуклидами акватории Северного ледовитого океана некоторый вклад сделан и нашей страной. Работа трех подземных реакторов и радиохимического завода (производство плутония), а также остальных производств в Красноярске-26 привела к загрязнению одной из самых крупных рек мира – Енисея (на протяжении 1500км). Очевидно, что эти, радиоактивные продукты уже попали в Северный Ледовитый океан.

              Воды мирового океана загрязнены наиболее опасными радионуклидами цезия-137, стронция-90, церия-144, иттрия-91, ниобия-95, которые, обладая высокой биоаккумулирующей способностью, переходят по пищевым цепям, и концентрируются в морских организмах высших трофических уровней, создавая опасность, как для гидробионтов, так и для человека. Различными источниками поступления радионуклидов загрязнены акватории арктических морей, так в 1982г. максимальные загрязнения цезием-137 фиксировались в западной части Баренцева моря, которые в 6 раз превышали глобальные загрязнение вод Северной Атлантики. За 29 – летний период наблюдений (1963-1992гг.) концентрация стронция-90 в Белом и Баренцевом морях уменьшилась лишь в 3-5 раз. Значительную опасность вызывают затопленные в Карском море (около архипелага Новая Земля) 11тысяч контейнеров с радиоактивными отходами, а также 15 аварийных реакторов с атомных подводных лодок. Работами 3-й советско-американской экспедиции 1988г. установлено, что в водах Берингова и Чукотского моря, концентрация цезия-137 близка к фоновой для районов океана и обусловлена глобальным поступлением данного радионуклида из атмосферы за длительный промежуток времени.

5. Воздействие атомных станций на окружающую среду

Техногенные воздействия на окружающую среду при строительстве и эксплуатации атомных электростанций многообразны. Обычно говорят, что имеются физические, химические, радиационные и другие факторы техногенного воздействия эксплуатации АЭС на объекты окружающей среды.

Наиболее существенные факторы - локальное механическое воздействие на рельеф - при строительстве, повреждение особей в технологических системах - при эксплуатации, сток поверхностных и грунтовых вод, содержащих химические и радиоактивные компоненты, изменение характера землепользования и обменных процессов в непосредственной близости от АЭС,

изменение микроклиматических характеристик прилежащих районов.

Возникновение мощных источников тепла в виде градирен, водоемов - охладителей при эксплуатации АЭС обычно заметным образом изменяет микроклиматические характеристики прилежащих районов. Движение воды в системе внешнего теплоотвода, сбросы технологических вод, содержащих разнообразные химические компоненты оказывают травмирующее воздействие на популяции, флору и фауну экосистем.

Особое значение имеет распространение радиоактивных веществ в окружающем пространстве. В комплексе сложных вопросов по защите окружающей среды большую общественную значимость имеют проблемы безопасности атомных станций (АС), идущих на смену тепловым станциям на органическом ископаемом топливе. Общепризнанно, что АС при их нормальной эксплуатации намного - не менее чем в 5-10 раз "чище" в экологическом отношении тепловых электростанций (ТЭС) на угле. Однако при авариях АС могут оказывать существенное радиационное воздействие на людей, экосистемы. Поэтому обеспечение безопасности экосферы и защиты окружающей среды от вредных воздействий АС - крупная научная и технологическая задача ядерной энергетики, обеспечивающая ее будущее. Отметим важность не только радиационных факторов возможных вредных воздействий АС на экосистемы, но и тепловое и химическое загрязнение окружающей среды, механическое воздействие на обитателей водоемов-охладителей, изменения гидрологических характеристик прилежащих к АС районов, т.е. весь комплекс техногенных воздействий, влияющих на экологическое благополучие окружающей среды.

Выбросы и сбросы вредных веществ при эксплуатации АС.

Перенос радиоактивности в окружающей среде. Исходными событиями, которые развиваясь во времени, в конечном счете могут привести к вредным воздействиям на человека и окружающую среду, являются выбросы и сбросы радиоактивности и токсических веществ из систем АС. Эти выбросы делят на газовые и аэрозольные, выбрасываемые в атмосферу через трубу, и жидкие сбросы, в которых вредные примеси присутствуют в виде растворов или мелкодисперсных смесей, попадающие в водоемы. Возможны и промежуточные ситуации, как при некоторых авариях, когда горячая вода выбрасывается в атмосферу и разделяется на пар и воду.

Выбросы могут быть как постоянными, находящимися под контролем эксплуатационного персонала, так и аварийными, залповыми. Включаясь в многообразные движения атмосферы, поверхностных и подземных потоков, радиоактивные и токсические вещества распространяются в окружающей среде, попадают в растения, в организмы животных и человека.

Воздействие радиоактивных выбросов на организм человека.

Рассмотрим механизм воздействия радиации на организм человека: пути воздействия различных радиоактивных веществ на организм, их распространение в организме, депонирование, воздействие на различные органы и системы организма и последствия этого воздействия. Существует термин "входные ворота радиации", обозначающий пути попадания радиоактивных веществ и излучений изотопов в организм.

Различные радиоактивные вещества по - разному проникают в организм человека. Это зависит от химических свойств радиоактивного элемента.

В таблице 1и 2 приведены виды и пути проникновения радиации в организм человека.

Виды радиоактивного излучения

Таблица 1

Пути проникновения радиации в организм человека

Таблица 2

              По оценкам Научного комитета ООН по действию атомной радиации (НКДАР ООН) годовая эффективная эквивалентная доза, получаемая в настоящее время человеком и объектами живой природы от естественных источников излучения, оценивается в 2мЗв.

              В некоторых регионах мира (в Индии, Бразилии, Италии, Франции и др.) эта доза может быть в 10раз больше. В то же время, как это ни странно, в глобальном масштабе атомные взрывы и атомная энергетика создают уровень загрязнения, составляющий всего несколько процентов от естественного фона. Вокруг атомных полигонов и при тяжелых авариях на АЭС естественный уровень радиации бывает значительно выше.

              По нормам Минздрава РФ предельно допустимое эквивалентные дозы облучения людей, проживающих или работающих вблизи источников радиоактивного воздействия, соответствуют 0,5-5 бэр (для разных групп населения). Максимально допустимая  эквивалентная доза облучения, которая не вызывает неблагоприятных изменений в организме, 35 бэр за 70 лет.

Воздействие радиоактивных отходов на окружающую среду.

              Разнообразные техногенные воздействия на окружающую среду характеризуются их частотой повторения и интенсивностью. Например, выбросы вредных веществ имеют некоторую постоянную составляющую, соответствующую нормальной эксплуатации, и случайную составляющую, зависящую от вероятностей аварий, т.е. от уровня безопасности рассматриваемого объекта. Ясно, что чем тяжелее, опаснее авария, тем вероятность ее возникновения ниже. Нам известно сейчас по горькому опыту Чернобыля, что сосновые леса имеют радиочувствительность похожую на то, что характерно для человека, а смешанные леса и кустарники - в 5 раз меньшую. Меры предупреждения опасных воздействий, их предотвращения при эксплуатации, создания возможностей для их компенсации и управления вредными воздействиями должны приниматься на стадии проектирования объектов. Это предполагает разработку и создание систем экологического мониторинга регионов, разработку методов расчетного прогнозирования экологического ущерба, признанных методов оценивания экологических емкостей экосистем, методов сравнения разнотипных ущербов. Эти меры должны создать базу для активного управления состоянием окружающей среды.