Атомная энергия и её виды

План  работы:

1. Атомная энергетика

 Введение:……………………………………………………………………………...….2

 “Плюсы” и “минусы” атомной энергии……………………………………………….2

 Ядерный топливный цикл………………………………………………………….……5

 Рост мощности АЭС мира……………………………………………………………....6

 Ядерные реакторы………………………………………………………………………..8

 Атомная энергетика России……………………………………………………………..10

 

 2. Загрязнение биосферы

  Общее  понятие биосферы……………………………………………………………….11

  Виды загрязнений биосферы…………………………………………………….………12

  Органическое загрязнение……………………………………………………………….13

  Колоссальный вред……………………………………………………………………….15

 

 Список  литературы……………………………………………………………….……….17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Атомная энергетика 

 Введение:

 

Наверное, ни для кого не секрет, что вступление в 21 век немыслимо без такого источника  энергии, каковым является атомное  ядро. Для человечества те огромные запасы энергии, которые заключены внутри ядер являются практически неисчерпаемыми. Если в условиях современного роста населения Земли не будет произведен скорейший переход на ядерный источник энергии, то, в конце концов, настанет тот день, когда в топках и печах догорит последняя капля, горсть  природного топлива, и с этого рокового дня история человечества начнет стремительно продвигаться к своему логическому завершению (а может быть все начнется сначала, как в первобытные времена и...?).

 

“Плюсы” и “минусы” атомной энергии

 

Для того чтобы  оценить которых вероятно столько  же сколько и “плюсов”, но возникающих  в совершенно других условиях, необходимо посмотреть на настоящее положение  дел в области использования  атомной энергии.

Атомная энергия  широко применяется в большинстве  отраслей промышленности. Контроль качества изделий, производящийся без их разрушения, может быть успешно осуществлен  при использовании данного вида энергии. Получение новых полимеров, определение структуры и дефектов сплавов, исследование смазочных материалов в трущихся частях машин, холодная стерилизация перевязочных материалов и лекарственных  средств, анализ жидких и газовых сред осуществляется с наибольшим успехом при непосредственном участии ядерной энергии.

Атомная энергия  может быть переработана в другие виды, например, в электрическую (АЭС), энергию движения ледоколов или  подводных лодок. Благодаря наличию  ядерного реактора на борту ледокола имеется возможность круглогодичного  плавания и, следовательно, навигации  в северных широтах без частых дозаправок природным топливом .

Медицина  также широко и успешно использует достижения в области атомной  энергетики в лечении различных  болезней таких, как злокачественные  новообразования и неопухолевые заболевания. При лечении рака энергия, возникающая при распаде радионуклидов, используемых в медицине, поражает генетический аппарат трансформированных клеток, тем самым останавливает их рост .

При исследовании механизмов реакций в органической и неорганической химии используется метод меченых атомов. Этот метод  сыграл немаловажную роль в обнаружении  новых закономерностей в физике, медицине, металлургии, биологии . Возможность определения генетического кода возникла после появления радиоавтографического анализа.

Обзор только позитивных аспектов использования  атомной энергии рисует весьма радужную картину, но для оценки реальной ситуации, сложившейся в настоящий момент нельзя упускать из виду те негативные моменты, которые могут возникнуть при определенных условиях и привести к не всегда предсказуемым последствиям.

Наиболее  чудовищное и смертельно опасное  применение энергии ядер для всего  человечества является развязывание атомной  войны. Достаточно вспомнить, что  когда  ядерный смерч разбушевавшейся  материи уничтожил одномоментно 300 тыс. людских жизней, по данным прессы, при бомбардировке Хиросимы и  Нагасаки в 1945 году, то становится понятным опасение мировой общественности перед  лицом этой грозной силы. Очевидно, что чем больше энергия используемая во благо, тем больше ее может быть использовано во зло.

Количество  несчастных случаев, связанных с  атомной энергетикой, на АЭС, значительно  меньше, чем в других областях человеческой деятельности . Тем не менее, несколько лет назад происшедшая авария в Чернобыле заставляет пересмотреть наше отношение к организации безопасности работы АЭС и защиты от неконтролируемого развития ядерной реакции. Необходимо дальнейшее снижение вероятности возникновения аварийных ситуаций, хотя вероятно, полностью избежать их никогда не удастся. Все же количество жертв на ЧАЭС удалось значительно снизить, благодаря самоотверженной работе спасателей, которые под час не жалея своей жизни шли на риск, ради того, чтобы обеспечить нормальную жизнь населению, проживавшему поблизости с местом трагедии.

Стремительное развитие техники и технологии, по всей видимости, остановить нельзя, несмотря на мрачные вехи истории прогресса, такие как авария на химическом заводе в Бхопале, унесшая 2.5 тыс. человек, взрыв емкостей со сжиженным газом под Мехико (400 чел. погибло и более 4000 получили ранения), авария летательных аппаратов “Челленджер”, “Титан”, “Дельта”. Все выше сказанное подводит к тому, что внедрение атомной энергетики является неизбежным процессом в рамках настоящего исторического развития общества. Замена органического топлива ядерным решит еще одну глобальную экологическую проблему, связанную с нарастающим загрязнением окружающей среды, уменьшением доли кислорода в воздухе и парниковым эффектом, возникшей при использовании в качестве топлива нефти, мазута, угля.

Для того чтобы  внедрение атомной энергетики и  использование радиоактивности  в народном хозяйстве не принесло большего ущерба, чем тот, который  наносится природе в настоящий  момент существует специальная дисциплина, именующаяся радиационной безопасностью, рассмотрение определения, целей и задач, а так же физических основ которой будет осуществлено в следующем разделе.

 

 

Ядерный топливный цикл.

 

Атомная энеpгетика – это сложное пpоизводство, включающее множество пpомышленных пpоцессов, котоpые вместе обpазуют топливный цикл. Существуют pазные типы топливных циклов, зависящие от типа pеактоpа и от того, как пpотекает конечная стадия цикла.

Обычно топливный  цикл состоит из следующих пpоцессов. В pудниках добывается урановая руда. Руда измельчается для отделения диоксида уpана, а pадиоактивные отходы идут в отвал. Полученный оксид уpана (желтый кек) пpеобразуется в гексафтоpид уpана – газообразное соединение. Для повышения концентpации уpана-235 гексафтоpид уpана обогащают на заводах по разделению изотопов. Затем обогащенный уpан снова пеpеводят в твеpдый диоксид уpана, из котоpого изготавливают топливные таблетки. Из таблеток собирают тепловыделяющие элементы (твэлы), котоpые объединяют в сборки для ввода в активную зону ядеpного pеактоpа АЭС. Извлеченное из реактора отработанное топливо имеет высокий уровень радиации и после охлаждения на территории электростанции отправляется в специальное хранилище. Предусматривается также удаление отходов с низким уpовнем pадиации, накапливающихся в ходе эксплуатации и технического обслуживания станции. По истечении срока службы и сам реактор должен быть выведен из эксплуатации (с дезактивацией и удалением в отходы узлов реактора). Каждый этап топливного цикла регламентируется так, чтобы обеспечивались безопасность людей и защита окружающей среды.

 

 

 

 

 

 

 

Рост мощности АЭС мира

 

Атомную (ядерную) энергетику можно рассматривать  как одну из важных подотраслей мировой энергетики, которая во второй половине XX в. стала вносить существенный вклад в производство электроэнергии. Особенно это относится к тем регионам планеты, где нет или почти нет собственных первичных энергетических ресурсов. По себестоимости вырабатываемой электроэнергии современные АЭС уже вполне конкурентоспособны в сравнении с другими типами электростанций. В отличие от обычных ТЭС, работающих на органическом топливе, они не выбрасывают в атмосферу парниковые газы и аэрозоли, что тоже является их достоинством.

 

         Неудивительно, что на протяжении последних десятилетий мировая атомная энергетика превратилась в крупную отрасль, важную составную часть мирового хозяйства. Еще в 1970 г. все атомные электростанции мира выработали лишь 85 млрд кВт-ч электроэнергии, но уже в 1980 г. – около 700 млрд, в 1990 г. – 1800 млрд, а в 2005 г. – почти 2750 млрд кВт-ч. Одновременно возрастала и суммарная мощность АЭС мира (рис. 74). Однако рисунок 1. наглядно отражает и очень существенные перепады, которые были характерны для развития мировой атомной энергетики во второй половине XX в.

Первые программы  быстрого роста атомной энергетики были разработаны еще в 50—60-е  гг. XX в. в США, Великобритании, СССР, затем в ФРГ, Японии. Но в большинстве  своем они не были выполнены. Это  объяснялось, прежде всего, недостаточной  конкурентоспособностью АЭС по сравнению  с тепловыми электростанциями, работающими  на угле, мазуте и газе.

С началом  мирового энергетического кризиса, который привел к резкому подорожанию  нефти, да и других видов минерального топлива, по-новому поставил вопросы  надежности энергоснабжения, шансы  атомной энергетики быстро возросли. В первую очередь это относилось к странам, не обладавшим большими ресурсами  нефти и газа, а иногда и угля, – Франции, ФРГ, Бельгии, Швеции, Финляндии, Японии, Республике Корея. Однако крупные  программы развития атомной энергетики были приняты также и в таких  богатых минеральным топливом странах, как США и СССР.

В конце 1970-х  гг. большинство западных экспертов  считало, что к началу XXI в. мощность АЭС может достигнуть 1300–1600 млн кВт, или примерно половины суммарной мощности всех электростанций, а сами АЭС появятся в 50 странах мира. На X сессии МИРЭК обсуждался прогноз на 2020 г., согласно которому доля атомной энергетики в мировом потреблении топлива и энергии должна была составить 30 %.

Но уже  в середине 1980-х гг. темпы роста  атомной энергетики снова замедлились, в большинстве стран были пересмотрены и планы сооружения АЭС, и прогнозы. Объясняется это комплексом причин. Среди них – успехи политики энергосбережения, постепенное удешевление нефти  и в особенности – переоценка экологических последствий сооружения АЭС. Эта переоценка произошла после  аварии на американской АЭС «Три Майл Айленд» и в особенности после катастрофы на Чернобыльской АЭС в 1986 г., которая затронула 11 областей Украины, Белоруссии и России с населением 17 млн человек и привела к повышению уровня радиации в 20 странах в радиусе 2000 км от Чернобыля. На северо-западе радиоактивные осадки достигли северных районов Норвегии, на западе – р. Рейн, на юге – Персидского залива.

Вот почему в 1980-егг. сложилась совершенно новая  ситуация, и развитие атомной энергетики мира в целом явно замедлилось. Правда, политика разных стран по отношению  к данной отрасли оказалась отнюдь не одинаковой.

 

2. Ядерные реакторы.

 

Промышленные  ядерные pеактоpы первоначально разрабатывались лишь в стpанах, обладающих ядеpным оpужием. США, СССР, Великобpитания и Фpанция активно исследовали разные варианты ядерных pеактоpов. Однако впоследствии в атомной энергетике стали доминировать тpи основных типа pеактоpов, различающиеся, главным обpазом, топливом, теплоносителем, пpименяемым для поддержания нужной темпеpатуры активной зоны, и замедлителем, используемым для снижения скоpости нейтpонов, выделяющихся в пpоцессе pаспада и необходимых для поддеpжания цепной pеакции.

Сpеди них пеpвый (и наиболее pаспpостpаненный) тип – это pеактоp на обогащенном уpане, в котоpом и теплоносителем, и замедлителем является обычная, или «легкая», вода (легководный реактор). Существуют две основные pазновидности легководного реактора: pеактоp, в котоpом паp, вpащающий туpбины, обpазуется непосpедственно в активной зоне (кипящий реактор), и pеактоp, в котоpом паp обpазуется во внешнем, или втоpом, контуpе, связанном с пеpвым контуpом теплообменниками и паpогенеpатоpами (водо-водяной энергетический реактор – ВВЭР). Разработка легководного реактора началась еще по программам вооpуженных сил США. Так, в 1950-х годах компании «Дженеpал электpик» и «Вестингауз» pазpабатывали легководные реакторы для подводных лодок и авианосцев ВМФ США. Эти фиpмы были также привлечены к реализации военных пpограмм pазработки технологий регенерации и обогащения ядеpного топлива. В том же десятилетии в Советском Союзе был pазработан кипящий реактор с гpафитовым замедлителем.

Втоpой тип pеактоpа, котоpый нашел практическое применение, – газоохлаждаемый pеактоp (с гpафитовым замедлителем). Его создание также было тесно связано с ранними программами разработки ядерного оpужия. В конце 1940-х – начале 1950-х годов Великобpитания и Фpанция, стpемясь к созданию собственных атомных бомб, уделяли основное внимание pазработке газоохлаждаемых реакторов, котоpые довольно эффективно вырабатывают оружейный плутоний и к тому же могут pаботать на пpиродном уpане.

Тpетий тип pеактоpа, имевший коммерческий успех, – это реактоp, в котоpом и теплоносителем, и замедлителем является тяжелая вода, а топливом тоже природный уран. В начале ядерного века потенциальные пpеимущества тяжеловодного реактора исследовались в ряде стран. Однако затем пpоизводство таких реакторов сосредоточилось главным обpазом в Канаде отчасти из-за ее обшиpных запасов уpана.

 

Таким образом, атомная энеpгетика пока не выдержала испытаний на экономичность, безопасность и расположение общественности. Ее будущее теперь зависит от того, насколько эффективно и надежно будет осуществляться контроль за стpоительством и эксплуатацией АЭС, а также насколько успешно будет pешен pяд других пpоблем, таких, как проблема удаления радиоактивных отходов. Будущее атомной энеpгетики зависит также от жизнеспособности и экспансии ее сильных конкурентов – ТЭС, работающих на угле, новых энергосберегающих технологий и возобновляемых энергоресурсов.

 

 

 

 

Атомная энергетика России

Действующие мощности-22,2 ГВт - на десяти АЭС

Доля АЭС в мощности всех электростанций - 11 %

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Общее понятие биосферы

 

Биосфе́ра— оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «пленка жизни»; глобальная экосистема Земли.

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера начала формироваться не позднее, чем 3,8 млрд. лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Она проникает во всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, то есть населяет экосферу. Биосфера представляет собой совокупность всех живых организмов. В ней обитает более 3 000 000 видов растений, животных, грибов и бактерий. Человек тоже является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессы и, как сказал В. И. Вернадский: «Человек становится могучей геологической силой».

Сегодняшняя экологическая обстановка на нашей  планете оставляет желать лучшего, поэтому прежде всего стоит обратить внимание на  взаимоотношения человечества и биосферы. Загрязнение биосферы – первопричина болезней и преждевременных  смертей. Основная задача нашего времени  – не допустить необратимых изменений, связанных с загрязнением окружающей среды. Общество постоянно развивается, но вместе с прогрессом растёт количественный и качественный характер загрязнения  биосферы. Человечество в целом, а  не отдельные страны должны позаботиться о создании системы охраны окружающей среды иначе просто придется жить в скафандре.

 

 

 

 

Виды загрязнений биосферы

 

Различают два  основных вида загрязнений: природное  и антропогенное загрязнения. Природное  загрязнение возникает в результате естественных причин - извержения вулканов, землетрясений, катастрофических наводнений и пожаров. Антропогенное загрязнение - результат деятельности человека.

     Из-за увеличения масштабов антропогенного воздействия (хозяйственной деятельности человека), особенно в последнее столетие, нарушается равновесие в биосфере, что может привести к необратимым процессам и поставить вопрос о возможности жизни на планете. Это связано с развитием промышленности, энергетики, транспорта, сельского хозяйства и других видов деятельности человека без учета возможностей биосферы Земли. Уже сейчас перед человечеством встали серьезные экологические проблемы, требующие незамедлительного решения.

      Настоящие сдвиги в биосферных процессах начались в XX в. в результате очередной промышленной революции. Бурное развитие энергетики, машиностроения, химии, транспорта привело к тому, что человеческая деятельность стала сравнима по масштабам с естественными энергетическими и материальными процессами, происходящими в биосфере. Интенсивность потребления человечеством энергии и материальных ресурсов растет пропорционально численности населения и даже опережает его прирост.

В результате сжигания различного топлива в атмосферу  ежегодно выбрасывается около 20 млрд т углекислого газа и поглощается соответствующее количество кислорода. Природный запас СО2 в атмосфере составляет величину порядка 50 000 млрд т. Эта величина колеблется и зависит, в частности, от вулканической активности. Однако антропогенные выбросы углекислого газа превышают естественные и составляют в настоящее время большую долю его общего количества. Увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере, сопровождающееся ростом количества аэрозоля (мелких частиц пыли, сажи, взвесей растворов некоторых химических соединений), может привести к заметным изменениям климата и соответственно к нарушению складывавшихся в течение миллионов лет равновесных связей в биосфере.

Итогом  нарушения прозрачности атмосферы, а следовательно, и теплового баланса может явиться возникновение “ парников ого эффекта”, то есть увеличения средней температуры атмосферы на несколько градусов. Это способно вызвать таяние ледников полярных областей, повышение уровня Мирового океана, изменение его солености, температуры, глобальные нарушения климата, затопление прибрежных низменностей и многие другие неблагоприятные последствия.

Выброс  в атмосферу промышленных газов, включающих такие соединения, как  окись углерода СО (угарный газ), окислы азота, серы, аммиака и других загрязнителей, приводит к угнетению жизнедеятельности растений и животных, нарушениям обменных процессов, к отравлению и гибели живых организмов.

 

Органическое  загрязнение. 
 
       Среди вносимых в океан с суши растворимых веществ, большое значение для обитателей водной среды имеют не только минеральные, биогенные элементы, но и органические остатки. Вынос в океан органического вещества оценивается в 300 - 380 млн.т./год. Сточные воды, содержащие растворенное органическое вещество, пагубно влияют на состояние водоемов т.к. задерживают развитие или полностью прекращает жизнедеятельность микроорганизмов, участвующих в процессе самоочищения вод. При гниении органических веществ могут образовываться вредные соединения и отравляющие вещества, такие как сероводород, которые приводят к загрязнению всей воды в реке и затрудняют также проникновение света в глубь воды и замедляет процессы фотосинтеза. Одним из основных санитарных требований, предъявляемых к качеству воды, является содержание в ней необходимого количества кислорода. Вредное действие оказывают все загрязнения, которые так или иначе содействуют снижению содержания кислорода в воде. Поверхностно активные вещества - жиры, масла, смазочные материалы - образуют на поверхности воды пленку, которая препятствует газообмену между водой и атмосферой, что снижает степень насыщенности воды кислородом. Значительный объем органических веществ, большинство из которых свойственно природным водам, сбрасывается в реки вместе с промышленными и бытовыми стоками. Нарастающее загрязнение водоемов и водостоков наблюдается во всех промышленных странах. Информация о содержании некоторых органических веществ в промышленных сточных водах предоставлена ниже:

Загрязняющие вещества	Количество в мировом  стоке, млн.т/год
1. Нефтепродукты	26, 563
2. Фенолы	0,460
3. Отходы производств синтетических  волокон	5,500
4. Растительные органические остатки	0,170
5. Всего	33, 273

 
В связи  с быстрыми темпами урбанизации  и несколько замедленным строительством очистных сооружений или их неудовлетворительной эксплуатацией водные бассейны и  почва загрязняются бытовыми отходами. Особенно ощутимо загрязнение в  водоемах с замедленным течением или непроточных (водохранилища, озера). 
Вода, загрязненная органическими отходами, становится практически непригодной для питья и других надобностей. Бытовые отходы опасны не только тем, что являются источником некоторых болезней человека (брюшной тиф, дизентерия, холера), но и тем, что требуют для своего разложения много кислорода. Если бытовые сточные воды поступают в водоем в очень больших количествах, то содержание растворимого кислорода может понизится ниже уровня, необходимого для жизни морских и пресноводных организмов.

Загрязнители (загрязняющие вещества) различают по агрегатному состоянию: выбросы в атмосферу (газообразные, жидкие, твердые, смешанные), сточные воды, твердые отходы и по степени загрязнения: условно чистые, загрязненные; нетоксичные, токсичные.

Основная характеристика загрязнителей  – это их предельно допустимая концентрация (ПДК). По токсичности вредные вещества по ГОСТ 12.1.007-76 подразделяют на 4 класса: 1 – чрезвычайно опасные; 2 – высоко опасные; 3 – умеренно опасные; 4 – малоопасные.

В этом стандарте  приведены ПДК более чем для 2000 веществ.

Одновременное присутствие в биосфере нескольких вредных веществ должно удовлетворять  условию: сумма их относительных количеств должна быть не более 1:

         C1/ ПДК1 + C2/ ПДК2 +…+ Cn/ ПДКn ≤ 1. (2.2)

где C1, C2, Cn – концентрация вещества; ПДК – его предельно допустимая концентрация.

Загрязнение атмосферы, гидросферы и литосферы  рассматриваются отдельно.

 

Колоссальный вред

 

3агрязнение  биосферы угрожает здоровью человека, состоянию окружающей среды, ограничивает  возможности дальнейшего развития  человеческого общества. Практически  все стороны современной деятельности  человека влекут те или иные  формы 3агрязнение биосферы.

     Исходные причины 3агрязнение биосферы— стихийный рост промышленности, энергетики, транспорта, широкая химизация сельского хозяйства и быта, быстрый рост народонаселения и урбанизация планеты.

 

Ежегодно  из недр Земли извлекается более 100 млрд. т различных пород, сжигается  около млрд. тонн условного топлива, выбрасывается в атмосферу около 20 млрд. тонн СО2, около 300 млн. тонн СО, 50 млн. тонн NO*, 150 млн. тонн SO2, 4—5 млн. тонн H2S и другое вредных газов, более 400 млн. тонн частиц золы, сажи, пыли; сбрасывается в гидросферу около 600 млрд. тонн промышленных и бытовых стоков, около 10 млн. тонн нефти и нефтепродуктов; на разбавление сточных вод расходуется 40% объёма мировых ресурсов устойчивого речного стока; вносится в почву около 100 млн. тонн минеральных удобрений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы.

1. Дементьев  Б. А. Ядерные энергетические  реакторы. М., 1984.

2. Самойлов  О. Б., Усынин Г. Б., Бахметьев А. М. Безопасность ядерных энергетических установок. М., 1989

3. Синев Н.  М. Экономика ядерной энергетики: Основы технологии экономики  ядерного топлива. Экономика АЭС.  М., 1987.

4. Тепловые  и атомные электрические станции. Справочник. Кн. 3. М., 1985.

5.Источник в Интернете: http://www.rosatom.ru/concern/reports/prospects/prospects.htm.

6. Акимушкин И.И. Невидимые нити природы. - М.: Мысль, 1985. - 287 c

Алимов А.А., Случевский В.В. Век ХХ: экология и  идеология. - Л.: Лениздат., 1998. - 109 c.

7. Банников А.Г., Рустамов А.К., Вакулин А.А. Охрана природы : Учеб. для с.-х. учеб. заведений. - М.: Агропромиздат, 1995. - 287 c.

8. Бачинский Г.А. Социоэкология: теоретические и прикладные аспекты. – Киев: Наук, 1991. - 151 c.

9. Бигон М. Экология. Особи, популяции и сообщества. - М.: Мир, 1989.- 477 10. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем. - М.: Мир, 1998. - 348 c

11. Биохимическая экология. Экспериментальная и клиническая биохимия : (Информ. материалы). - Свердловск.: УНЦ АН СССР, 1995. - 184 c

12. Дрейер О.К., Лось В.А. Развивающийся мир и экологические проблемы. - М.: Знание, 1991. - 64 c.

13. Китанович Бранко. Планета и цивилизация в опасности / [Пер. с серб.-хорв., предисл. и коммент. И. В. Вишняковой]. - М.: Мысль, 1995. - 240 c

14.Окружающая среда : 1500 терминов : Нем.-рус. словарь по охране окруж. среды. - М.: Прогресс, 1993. - 640 c.

15. Харченко Н.А., Козлов А.Т. Справочник основных понятий и терминов по биосфере Под ред. В. А. Ромашова. - Воронеж.: Изд-во Воронеж. ун-та., 1992. - 110 с.