1.3 Воздействие атомных станций на окружающую среду

Как в любом другом случае, АЭС, будучи предметом высоких технологий, обладают рядом характеристик, которые автор считает нужным назвать.

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:

а) локальное механическое воздействие на рельеф - при строительстве;

б) повреждение особей в технологических системах - при эксплуатации;

в) сток поверхностных и грунтовых вод, содержащих химические и радиоактивные компоненты;

г) изменение характера землепользования и обменных процессов в непосредственной близости от АЭС;

д) 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 [6]. 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. [6]

Атомная электростанция (АЭС) — новый современный тип предприятий по производству электроэнергии. В основе ее производства лежат цепные реакции деления тяжелых ядер.

Ядерным горючим служат изотопы урана U-235 и U-238, Рu-239, Th -232, но для большинства АЭС используется только U-235 и U-238, получаемые из урановой руды.

При распаде этих элементов выделяется значительная энергия и, что особенно важно, освобождаются два-три нейтрона, обладающих кинетической энергией порядка нескольких МэВ; их называют "быстрыми".

Испускание при делении ядер урана и плутония нескольких нейтронов делает возможным осуществление цепной реакции. Каждый из нейтронов, образовавшихся при одном акте деления, если он будет захвачен ядром, вызовет появление новых нейтронов, способных, в свою очередь, вызвать реакции деления и т.д. Таким образом, будет происходить лавинообразное нарастание нейтронов деления и развивается цепочка делящихся ядер (цепная реакция). Приведенные нами процессы основаны на изученной работы Савенко В.С. «Радиоэкология» [5].

На взгляд автора, следует обозначить данные по АЭС в историко-географическом аспекте.

На территории бывшего Советского Союза используются гетерогенные реакторы двух типов — ВВЭР и РБМК. Это реакторы на тепловых нейтронах.

Аббревиатура ВВЭР расшифровывается как водо-водяной энергетический реактор. В данном случае это означает, что теплоносителем и замедлителем является вода.

РБМК — реактор большой мощности канальный (или кипящий). В реакторах этого типа замедлителем служит графит, а теплоносителем — вода.

В качестве исходного топлива в реакторах РБМК используется обогащенный уран. Реактор РБМК использовался и на Чернобыльской АЭС.

Кроме электроэнергии указанный тип реакторов, использующий смесь изотопов урана U-235 и U-238, производит Рu-239 — радиоактивный элемент, практически не встречающийся в природе.

Половину от общего количества урановой руды добывают открытым способом. Затем ее обогащают на фабрике, обычно расположенной неподалеку. Фабрики и создают проблему долговременного загрязнения, образуя огромное количество отходов, которые будут радиоактивны миллионы лет.

Отходы являются главным долгоживущим источником облучения населения, связанным с развитием ядерной энергетики. В результате переработки образуются газообразные и жидкие радиоактивные отходы, но они дают относительно небольшой вклад в дозы облучения по сравнению с другими этапами топливного цикла.

После обогащения ядерное топливо готово для сжигания. Величина радиоактивных выбросов при этом зависит от типа реактора и колеблется в широких пределах.

Последний этап топливного ядерного цикла - захоронение высокоактивных отходов, которые представляют наибольшую опасность для экологии. Цикл захоронения требует огромных средств, нуждается в совершенстве технологии утилизации отходов. Причем захоронению подлежит только часть отходов, другая часть – транспортируется в места их переработки. Таким образом, еще одну опасность представляет транспортировка, которая не должна осуществляться через населенные пункты.

В качестве ядерных отходов следует рассматривать и сами ядерные электростанции отслужившие свой срок.

Реальные выбросы и сбросы радиоактивных веществ при нормальной эксплуатации АЭС обычно много ниже допустимых, так что нормы по концентрация радионуклидов в окружающей среде вблизи АЭС безусловно выполняются [5].

Любая работающая АЭС оказывает влияние на окружающую среду по трём направлениям:

- газообразные (в том числе радиоактивные) выбросы в атмосферу;

- выбросы большого количества тепла;

- распространение вокруг АЭС жидких радиоактивных отходов.

В процессе работы реактора АЭС суммарная активность делящихся материалов возрастает в миллионы раз. Количество и состав газоаэрозольных выбросов радионуклидов в атмосферу зависит от типа реактора, продолжительности эксплуатации, мощности реактора, эффективности газо- и водоочистки. Газоаэрозольные выбросы проходят сложную систему очистки, необходимую для снижения их активности, а затем выбрасываются в атмосферу через высокую трубу, предназначенную для снижения их температуры.

Основные компоненты газоаэрозольных выбросов — радиоактивные инертные газы, аэрозоли радиоактивных продуктов деления и активированных продуктов коррозии, летучие соединения радиоактивного йода. В общей сложности в реакторе АЭС из уранового топлива образуются посредством деления атомов около 300 различных радионуклидов, из которых более 30 могут попасть в атмосферу.

Возникшие газы через микротрещины тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов) попадают в теплоноситель. Согласно статистике один из 5000 ТВЭЛов имеет какие-то серьёзные повреждения оболочки, облегчающие попадание продуктов деления в теплоноситель [7].

Реактор типа ВВЭР образует в год около 40000 Ku газообразных радиоактивных выбросов. Большинство из них удерживается фильтрами или быстро распадаются, теряя радиоактивность. При этом реакторы типа РБМК дают на порядок больше газообразных выбросов, чем реакторы типа ВВЭР. [6].

Большая часть радиоактивности газоаэрозольных выбросов генерируется короткоживущими радионуклидами и без ущерба для окружающей среды распадается за несколько часов или дней. Кроме обычных газообразных выбросов время от времени АЭС выбрасывает в атмосферу небольшое количество радионуклидов — продуктов коррозии реактора и первого контура, а также осколков деления ядер урана. Они прослеживаются на несколько десятков километров вокруг любой АЭС [6].

В зависимости от характера аварии на атомной электростанции, радиоактивные вещества, выброшенные в атмосферу в результате взрыва или нештатной ситуации, попадают в окружающую среду и переносятся воздушными потоками, в зависимости от погодных условий, на различные расстояния от эпицентра аварии. Вся среда обитания, флора, фауна, находящаяся в зоне взрыва, будет подвергаться облучению. Концентрация и качественный состав радионуклидов, находящихся в радиоактивном облаке, зависят от характера взрыва. Если выброс радиоактивных элементов произошел в результате взрыва активной зоны реактора, то радиоактивные вещества поднимаются достаточно высоко в атмосферу и возможно их перемещение с воздушными массами воздуха на большие расстояния. Важным фактором выброса является температура и состояние реактора в момент аварии. Если реактор в момент аварии находился не в рабочем состоянии, то выброс короткоживущих радионуклидов мало вероятен, и наоборот, авария в момент ядерной реакции сопровождается образованием и выбросом короткоживущих элементов. Наряду с выбросом газообразной фракции радионуклидов из активной зоны реактора Чернобыльской АЭС были выброшены осколки топлива, графит, элементы конструкции и другие материалы с более высокой температурой плавления. Радиоактивное облако, распространяющееся на большие расстояния от места аварии, осаждается на землю с дождевыми осадками, абсорбируется на взвешенных пылинках воздуха, изменяет свою концентрацию и состав. В начальный период аварии короткоживущие радионуклиды, переносящиеся воздушными потоками, являются основными дозообразующими факторами внешнего облучения. В дальнейшем основной вклад в интегральную дозу облучения вносят долгоживущие радионуклиды цезий-134 и -137, церий-134, стронций-90 и другие, которые осаждаясь на землю, растения, водоемы, здания и обладая большими периодами полураспада, являются источниками гамма-излучения [5].

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.

Рассматривая механизм воздействия радиации на организм человека, выделим следующие положения: 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 [8].

Радиоактивные изотопы могут проникать в организм вместе с пищей или водой. Через органы пищеварения они распространяются по всему организму. Радиоактивные частицы, находящиеся в воздухе, проникают в легкие во время дыхания человека. Далее вместе с кровью распространяются по всему организму. Изотопы, находящиеся в земле или на ее поверхности, испуская гамма-излучение, способны облучить организм снаружи. Эти изотопы в значительной степени переносятся воздушными течениями и могут выпадать вместе с атмосферными осадками [8].

Высокой чувствительностью к радиации обладают у человека легкие, кишечник, желудок и яичники. Средней восприимчивостью к поглощению радиации обладают щитовидная железа, трахея, печень и селезенка. Менее чувствительными к радиации являются кожные покровы, костная ткань и костный мозг.

Таким образом, автор пришел к выводу о том, что любая работающая атомная электростанция оказывает многостороннее влияние на окружающую среду и здоровье человека, а для предотвращения негативных последствий нужны природоохранные меры и обеспечение экологической безопасности на данных объектах.