Немного банальностей об атомной энергетике.

Выборка из книги: "Атомная энергетика. Спрашивали?  Отвечаем!"

Акатов А. А., Коряковский Ю. С. 2012 г.

"Зачем России нужна ядерная отрасль?

Исторически основной причиной зарождения ядерной отрасли в нашей стране было создание ядерного оружия. Была ли в этом существенная необходимость? В 1945 году, сбросив ядерные боезаряды на Хиросиму и Нагасаки, Соединенные Штаты ясно дали понять, кто «главный» на мировой арене. Города СССР вполне могли разделить участь японских, хотя сейчас это может и показаться преувеличением. В кратчайшие сроки наши ученые смог-ли создать собственное ядерное оружие и восстановить равновесие сил, но практически параллельно с ядерной оборонной сферой начала развиваться ядерная энергетика, стали строиться АЭС, предназначенные для выработки электричества за счет цепной реакции деления. Постепенно «мирный» атом вытеснил «военный», и в настоящий момент у нашей страны нет необходимости нарабатывать ядерные заряды для оружия. Поэтому сейчас важнейшей задачей отрасли является обеспечение российских потребителей электроэнергией в условиях растущего энергетического дефицита. 

Когда дала промышленный ток первая в истории человечества АЭС?

В области мирного использования атомной энергии мы опередили американцев: первая атомная электростанция дала промышленный ток 27 июня 1954 года. Это событие про-изошло недалеко от Москвы — в городе Обнинск, на территории Физико-энергетического института им. А.И. Лейпунского. Первая АЭС, «старушка», как ее стали называть в последние годы эксплуатации, благополучно проработала 48 лет, и была остановлена относительно не-давно, в 2002 году. Физико-энергетический институт существует по сей день, являясь одним из крупнейших научных центров нашей страны.

Ядерное топливо — это просто уран?

Конечно, нет. Практически во всем мире используется ядерное топливо на основе урана, обогащенного по так называемому делящемуся изотопу — урану-235. Содержание урана-235 в уране, из которого изготавливают топливо, составляет 3-5 %, а остальные 95-97 % приходятся на неделящийся уран-238. Но в реакторы не загружают металлический уран, его переводят в форму диоксида (UO2), из которого штампуют таблетки. Таблетки помещают в металлические трубки, которые называют тепловыделяющими элементами, или твэлами. Твэлы соединяют в тепловыделяющие сборки (ТВС). Тепловыделяющие сборки и являются теми модулями, которые загружают в реактор или выгружают из него при замене топлива.

Что такое «ядерный топливный цикл»?

В данном случае речь идет не о математическом или физическом понятии цикла. В промышленности циклом принято называть группу предприятий, тесно связанных друг с другом. Например, так: продукт, выпускаемый одним из предприятий, является сырьем для другого. В ядерной отрасли сформировалась группа производств, которая решает за-дачи, связанные с изготовлением и применением  ядерного топлива. Работа предприятий ядерного топливного цикла организована следующим образом. Сначала урановую руду извлекают из недр, очищают уран от ненужных примесей, обогащают его по нужному изотопу (урану-235) и переводят в форму, подходящую для «сжигания» в ядерном реакторе — в форму ядерного топлива. Несколько лет топливо «работает» в реакторе, благодаря чему на атомной электростанции вырабатывается электроэнергия, атомные ледоколы и подводные лодки ходят по морям и океанам, а ученые делают новые открытия. После пребывания в ре-акторе топливо (теперь его называют отработавшим ядерным топливом) обладает высокой радиоактивностью и содержит ценные компоненты, которые образовались в ходе ядерной реакции. Его необходимо безопасно переработать, выделить ценные материалы, а образовавшиеся радиоактивные отходы перевести в без-опасную форму и захоронить. Эти задачи также решают предприятия, входящие в ядерный топливный цикл.В Российской Федерации соответствующие производства объединены в составе холдинга "Атомэнерго".

Зачем обогащаются люди, мы знаем.  А зачем обогащается уран?

В ядерном реакторе протекает самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция деления. Происходит это так: в ядро урана-235 попадает нейтрон, оно делится на две части и испускает 2-3 нейтрона, которые попадают в соседние ядра урана-235, они тоже делятся — и реакция поддерживает себя сама. Но если поблизости мало таких ядер, то нейтроны могут в них и не попасть — и реакция не пойдет. Таким образом, работоспособность ядерного реактора определяется концентрацией ядер урана-235 в активной зоне. В природном уране 99,3 % неделящегося урана-238 и всего лишь 0,7 % делящегося урана-235. И если загрузить в реактор топливо из природного урана, то ядерная реакция протекать не будет. Поэтому природный уран обогащают, доводят содержание урана-235 до 3–5 %. (Сам уран, конечно, обогащаться не может, нужна помощь специалистов).Ради справедливости нужно сказать, что существуют реакторы, работающие на топливе с природным содержанием урана-235. Но в них используется тяжелая вода, получение которой также требует определенных затрат.

Сколько ядерных энергоблоков в России и в мире?

В нашей стране 10 атомных станций, на которых работает 33 ядерных энергоблока. Доля электроэнергии, вырабатываемой на российских АЭС, составляет около 17 % от обще-го количества, и почти совпадает со среднемировым показателем — 15 %. Все наши АЭС, за исключением Билибинской, расположены в европейской части страны. Реакторы самых ранних АЭС периодически модернизируют, чтобы привести их в соответствие с непрерывно ужесточающимися требованиями безопасности.В июле 2012 года в мире эксплуатировалось 433 ядерных энергоблока.

На российских АЭС установлены одинаковые реакторы, или нет?

Ядерная энергетика нашей страны, в основном, представлена тремя типами реакторов: 

  - РБМК (реактор большой мощности канальный)

  - ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор) 

  - БН (реактор на быстрых нейтронах)Реакторы типа РБМК установлены на одноконтурных АЭС с водным теплоносителем. В качестве замедлителя нейтронов в них используется графит, поэтому данные реакторы еще называют уран-графитовыми. На Билибинской АЭС работают младшие братья РБМК — реакторы ЭГП с аналогичным принципом действия.Реакторы типа ВВЭР работают на двухконтурных АЭС; и в первом, и во втором контуре циркулирует вода. Эти реакторы называют водо-водяными, поскольку вода является одно-временно и теплоносителем, и замедлителем нейтронов. На вновь строящихся блоках будут устанавливать реакторы ВВЭР следующего поколения, более мощные и безопасные.А реактор БН у нас пока только один, хотя в ближайшие годы будет запущен второй крупный реактор на быстрых нейтронах. Но за этим типом реакторов будущее, поскольку они позволяют более полно использовать запасы урана.

Как долго ядерное топливо «работает» в реакторе?

Загружаемое в реактор урановое горючее работает 3-4 года. Для годовой ра-боты крупного ядерного энергоблока требуется всего лишь несколько десятков тонн низкообогащенного урана. Для сравнения, станция на угле, вырабатывающая эквивалентное количество электроэнергии, потребляет пять железнодорожных составов угля, но не в год, а… в сутки.

Почему бы не заменить АЭС «ветряками»?

Энергия ветра слишком рассеяна, и собрать ее сложно. Имеет смысл устанавливать «ветряки» в тех регионах, где дуют устойчивые сильные ветры. Это пустыни, морские побережья, а у нас они занимают всего лишь 10 % от площади страны. И речь идет, как правило, об удаленных территориях, откуда до ближайшего потребителя электроэнергии очень далеко. Конечно, этот вид энергетики не является «запрещенным». На карте России есть местности, где действительно целесообразно устанавливать ветряные электростанции. Но решить проблему энергоснабжения в масштабах всей страны, а особенно в масштабах крупных мегаполисов, они пока не в состоянии.

Давайте остановим все АЭС!

После Чернобыльской аварии и не-давней аварии на АЭС «Фукусима-I» в Японии в обществе циркулировало мне-ние, что если заглушить реакторы на всех АЭС, это существенно снизит риски. Одна-ко люди, считающие так, забывают о важной роли АЭС в энергоснабжении крупных регионов. Например, Ленинградская АЭС производит треть электроэнергии, потребляемой в Северо-Западном федеральном округе. Чем ее заменить? Еще увеличить сжигание газа, мазута, угля? Это повлечет дополнительные экологические, экономические и транспортные риски. И еще: остановив все атомные станции, мы не снизим, а, наоборот, увеличим радиационные риски. Проблема отработавшего ядерного топлива и накопленных радиоактивных отходов никуда не исчезнет, а только разрастется, поскольку заглушенный ядерный энергоблок нельзя предоставить судьбе. Потребуется одновременно запустить не-сколько сложных и затратных программ по выводу из эксплуатации ядерных энергоблоков, включающих очистку объектов от радиоактивного загрязнения и демонтаж оборудования, являющегося мощным источником радиации. И образующиеся при этом радиоактивные от-ходы на свалку не выбросишь — вопрос, где их разместить, также потребует решения. 

Сколько специалистов управляют работой энергоблока?

Если сравнивать ядерный энергоблок и человека, то сердцем можно назвать реактор, а мозгом — блочный щит управления (БЩУ). Отсюда операторы — профессионалы высокого класса — контролируют процессы, протекающие в реакторе, работу паровой турбины и энергоблока в целом. Их трое, и каждый сидит за своим пультом. Кроме того, в БЩУ находится начальник смены блока или его заместитель, но они не принимают непосредственного участия в управлении, выполняя, скорее, функцию наблюдателей с правом вмешательства, например, при обнаружении ошибки в действиях оператора. Всего 4-5 человек. Кажется, что этого недостаточно для такой ответственной задачи? Но на западных АЭС аналогичные функции выполняют всего двое сотрудников, при этом ряд задач перекладывается на автоматику.

Как быстро можно остановить ядерный реактор?

Буквально за две секунды.  В конструкции любого реактора присутствуют так называемые аварийные стержни. При нормальной работе они выведены из активной зоны реактора и подвешены над ней. Когда приходит аварийный сигнал, стержни буквально падают вниз под действием собственного веса, моментально останавливая цепную реакцию в ядерном топливе. К слову сказать, на момент Чернобыльской аварии система срабатывала на порядок медленнее. Для останова реактора в 1986 году требовалось 14 секунд, что стало одной из причин, из-за которых не удалось предотвратить аварию. Из полученного урока были сделаны выводы, и проведена внушительная работа по совершенствованию аварийной защиты, чтобы избежать повторения подобной ситуации в будущем.

Правда ли, что после эксплуатации в реакторе ядерное топливо светится?

Да, это завораживающее зрелище можно наблюдать, если отработавшее топливо находится в воде. Внешне это выглядит как голубой ореол, окружающий топливные сборки, вертикально установленные под слоем темной воды на глубине нескольких метров. Кажет-ся, что топливо освещено прожекторами, но на самом деле это не так. Испускаемые ядерным топливом быстрые электроны движутся со скоростью, превышающей скорость света в воде, и излучают в синей области спектра. Подобное явление называют излучением Черенкова-Вавилова, и оно возникает даже в твердых прозрачных средах. В воздухе ядерное топливо не светится.

Много ли отходов образуется на АЭС?

Не очень: за год работы крупного энергоблока мы получаем 100-200 кубометров твердых радиоактивных отходов (ТРО) и примерно столько же жидких (ЖРО). Источники твердых отходов — загрязненные детали и материалы, отработавшее оборудование реакторного контура, загрязненная одежда, инструменты, ветошь, используемая для протирания и прочее.Источник жидких отходов — небольшие протечки радиоактивной воды, используемой в качестве теплоносителя, а также водные растворы, применяемые для отмывки радиоактивно загрязненного оборудования, сточные воды спецпрачечных и так далее. Причем первичный объем жидких отходов довольно высок — порядка 10000 кубометров в год. По-этому их упаривают, в результате чего исходное количество сокращается в десятки и даже в сотни раз. 

А как обстоит дело с отходами на других предприятиях ядерного топливного цикла?

Наибольшее количество радиоактивных отходов образуется в процессе добычи урана. Они представляют собой отвалы пустой породы и отходы радиометрической сортиров-ки. Урана в них почти нет. И хотя количество таких отходов велико — более пятидесяти тысяч кубометров при обеспечении годовой работы одного реактора мощностью тысяча мегаватт — не следует забывать, что эти отходы относятся к низкоактивным, то есть они практически безопасны. Если их хранение организовать правильно, то угрозы для населения и окружающей среды такие хвостохранилища не представляют. Кроме того, в нашей стране они есть только в Краснокаменске (Забайкальский край).

На какой стадии ядерного топливного цикла образуются самые опасные отходы?

На стадии переработки отработавшего ядерного топлива. Надо отметить, что свежее топливо не представляет радиационной угрозы: таблетки уранового горючего можно держать в руках. Но когда уран делится в реакторе, происходит образование продуктов деления, и многие из них представляют серьезную радиационную угрозу. Однако исходящая от них опасность значительно снижает-ся с течением времени. Так, через 40 лет после из-влечения из реактора количество радиоактивных продуктов уменьшается в тысячу раз по сравнению с исходным. К тому же, объем высокоактивных от-ходов, образующихся при переработке отработавшего топлива, составляет очень незначительную долю (менее 1 %) от суммарного количества радиоактивных отходов, образующихся на всех стадиях ядерного топливного цикла. Если же учесть и хвостохранилища, то доля высокоактивных отходов не превысит 0,01 %. Высокоактивные отходы остекловывают, причем их объем за всю историю переработки отработавшего ядерного топлива в России в расчете на одного жителя нашей страны сравним с объемом мячика для гольфа.

Как обращаются с отходами атомных электростанций?

Первая стадия — их строгий учет и сбор. Учет необходим для обеспечения безопасности, учитывая недопустимость попадания радиоактивных веществ в окружающую среду, да и в руки террористов. Поэтому система учета и контроля радиоактивных веществ и радиоактивных отходов в России выведена на национальный уровень.Вторая стадия — компактификация, максимальное снижение объема отходов. Жидкие отходы выпаривают, твердые — прессуют и сжигают. Это позволяет снизить расходы на их хранение и окончательную изоляцию.Третья стадия — кондиционирование, на ней отходы переводят в химически стойкое, экологически безопасное состояние. Отходы с небольшой радиоактивностью допускается хранить в бочках и контейнерах, для более опасных материалов предусмотрены более надежные матрицы: блоки из цемента, битума или стекла. Финальная стадия — отправка радиоактивных отходов в специализированные храни-лища, а затем — на объект окончательной изоляции.

Стоит ли опасаться ввоза радиоактивных отходов в нашу страну из других государств?

В соответствии с существующими законами ввоз радиоактивных отходов на территорию нашей страны запрещен. В Россию допускается ввозить только отработавшие источники ионизирующего излучения и отработавшее ядерное топливо, произведенные в нашей стране и возвращаемые по межправительственному соглашению. Но отработавшее топливо неправильно называть отходами по одной простой причине: отходы — это те материалы, которые полностью исчерпали свой полезный ресурс, в которых нет ничего ценного. К от-работавшему топливу, в котором содержится несгоревший уран, плутоний, набор прочих изотопов, которые можно использовать в геологии, медицине, сельском хозяйстве, космосе и т.д., это не относится. Оно является источником ценных продуктов и может быть использовано повторно.

Чем опасны радиоактивные вещества?

Радионуклиды (радиоактивные ядра), как природные, так и техногенные, отличаются от стабильных ядер тем, что они могут самопроизвольно превращаться в ядра других эле-ментов. При этом ядро испускает радиацию, или, как ее называют специалисты, ионизирующее излучение. Радиация наносит определенный вред клеткам, вызывая отклонения в их работе. Правда, клетки успешно борются с этим воздействием, если дозы радиации невелики. Более того, в отсутствие обычного радиационного фона организм угнетается, снижается иммунитет. А вот в случае, если поток радиации мощный, клетки гибнут, что приводит к нарушению функций органов и тканей. Следует отметить, что в нашей обычной жизни вероятность попасть под такое сильное радиационное воздействие, чтобы это отразилось на здоровье, крайне мала. В обычной жизни средний россиянин получает от всех источников дозу радиации в 25-50 раз ниже, чем минимальная доза, для которой отмечаются хотя бы не-значительные вредные последствия.

Расскажите об условиях работы на урановых шахтах. Это опасно? 

Сначала приведем исторический пример, относящийся к эпохе до открытия явления радиоактивности. Средневековые шахтеры из южной Саксонии часто болели и рано умирали от патологии легких, однако реже страдали болезнями суставов, потому что пили воду шахтного происхождения, содержащую уран. Конечно, об этом никто не знал. Поэтому неудивительно, что раньше работа на урановых шахтах была опасным делом, и уровень заболеваемости на урановых шахтах был довольно высок. Начали разбираться, в чем дело, и пришли к выводу: причина в высокой концентрации природного радиоактивного газа — радона, который является непременным спутником урановых месторождений. Поняв проблему, выписали «рецепт» — обеспечить хорошую вентиляцию шахт. Это возымело положительное действие, и сейчас по статистическим данным смертность рабочих при добыче урана не выше, чем на горнодобывающих предприятиях в других отраслях.

Облучаются только работники ядерной отрасли? Или нет?

И в других отраслях работники могут получить повышенную дозу радиации. В наибольшей степени здесь «отличился» нефтегазовый комплекс. Суть проблемы в том, что вместе с нефтью и газом из-под земли извлекаются природные радиоактивные вещества, на-пример, радий. Эти изотопы оседают на внутренних поверхностях трубопроводов, насосов, емкостей и приводят к существенному повышению радиационного фона. Когда этой проблемой занялись вплотную, выяснили, что дозы, получаемые сотрудниками нефтедобывающих предприятий, местами превышают предельные дозы для персонала АЭС, а миллионы тонн нефтешламов в соответствии с отечественными нормами должны рассматриваться как радиоактивные отходы. 

Какой вклад вносит АЭС в мою годовую дозу?

Специалисты внимательно изучили этот вопрос и были удивлены. Вклад всех предприятий ядерной отрасли, последствий радиационных аварий и испытаний ядерного оружия в дозу среднего россиянина составляет около 0,3 %. Причем эта цифра остается справедливой для регионов, где расположены АЭС. Остальное — это природные источники и медицинские исследования. Исключение составляют области, загрязненные в результате радиационных аварий, но и там «атомный» вклад оказывается ниже медицинской составляющей.

Вероятность аварии на АЭС маленькая, но, все же, не нулевая. Как ее «обнулить»?

Вероятность аварии на любом крупном промышленном объекте никогда не будет равна нулю — это знают все, кто знаком с предметом математической статистики. В соответствии с канонами этой дисциплины, любое событие может произойти с той или иной вероятностью: существует даже вероятность (правда, очень малая) гибели от метеорита. Иными словами, «обнулить» возможность аварии не в нашей власти, зато в мы можем сделать ее пренебрежимо малой. На строящихся АЭС вероятность крупной радиационной аварии составляет 10–7 на реактор в год. Это сопоставимо с вероятностью падения на наш дом пусть не метеорита, но самолета. Вы же не боитесь жить в собственном доме?АЭС современных проектов безопасны еще и потому, что на них внедряются инновационные технические решения, позволяющие не допустить выброса радиоактивных веществ за пределы станции даже в случае тяжелой аварии.

Как вести себя в случае радиационной аварии?

Во-первых, неплохо бы удостовериться, что авария с выбросом радиации действительно произошла, а информация о ней не является «уткой», поскольку подобные провокации имели место неоднократно. Их число резко снизилось после открытия Интернет-сайта russianatom.ru, на котором в режиме он-лайн выводится информация с датчиков системы контроля радиационной обстановки предприятий Росатома. Если авария все же произошла, полагается тщательно закрыть окна и двери, сделать запас воды, надеть респираторы или марлевые повязки для защиты от радиоактивных аэрозолей, слушать радио, в соответствии с указаниями принимать йодсодержащие препараты и дожидаться отбоя тревоги или, при неблагоприятном развитии ситуации, эвакуации.

Зачем нужна «йодная профилактика»?

Одним из опасных радиоактивных изотопов, образующихся при работе ядерного реактора, является йод-131. Он способен избирательно накапливаться в щитовидной железе — органе, отвечающем за выработку двух важных гормонов, а нарушение работы щитовидной железы сказывается на работе организма в целом.Йодная профилактика заключается в следующем: люди, попавшие в зону радиоактивного загрязнения, принимают обычный йод: стабильный изотоп, содержащийся в препарате, вытесняет радиоактивный йод из щитовидной железы, и ее облучение значительно снижается. Можно принимать аптечный спиртовой раствор йода, разводя несколько капель в воде или молоке, но лучше пользоваться йодсодержащими препаратами. Например, табле-тированным йодидом калия.К счастью, угроза от йода-131 не является долгосрочной. Период полураспада этого изотопа составляет около 8 суток, значит, через несколько десятков дней после выброса его концентрация снижается до безопасных значений.Напоследок, совет. В случае провокации не пейте йод! Зафиксированы случаи, когда люди в результате беспочвенных слухов об аварии на АЭС выпивали столько спиртового раствора йода, что возникала необходимость в медицинской помощи.

Слышал, что спирт выводит радиоактивные вещества из организма. Так ли это?

Это популярное мнение давно можно было бы искоренить, но, к сожалению, оно активно поддерживается самими атомщиками. Однако за этим скрывается не более чем удобный повод для того, чтобы «сообразить на троих». Точно так же некоторые люди с надеждой заглядывают в календарь, чтобы посмотреть, нет ли сегодня какого-нибудь праздника? История о пользе спирта основана на реальных фактах: спирт реально взаимодействует со свободными радикалами — опасными соединениями, которые образуются в клетках при воздействии радиации и попадании в организм радиоактивных веществ. Проблема в том, что для достижения более-менее значимого эффекта по их нейтрализации необходимо вы-пить столько спирта, что это приведет к тяжелейшему отравлению организма. Нельзя за-бывать, что спирт — это яд. Для снижения последствий облучения и выведения радиоактивных веществ из организма разработаны специальные препараты — радиопротекторы. Не доставляя такого удовольствия, как распитие спиртных напитков, они, тем не менее, обладают куда более сильным эффектом.

Расскажите про «рыжий лес». Он до сих пор рыжий?

При аварии на Чернобыльской АЭС облако радиоактивных веществ накрыло близлежащий лесной массив. Особенно по-страдали хвойные деревья. Лиственные по-роды ежегодно сбрасывают листву и таким образом очищаются от радионуклидов, а для елей и сосен эта «опция» недоступна. В результате деревья погибли, а хвоя окрасилась в рыжий цвет. Фотографии «рыжего леса» активно используются в качестве аргумента, свидетельствующего об опасности ядерной энергетики. Но сопоставим факты: из-за наиболее серьезной радиационной аварии в истории человечества погибло 560 гектаров леса, в то время как «нормальная» работа Норильского комбината при-вела к уничтожению деревьев на тысяче-кратно большей площади — 600000 гектар! К слову, сейчас на месте «рыжего леса» зеленеет рощица, и поют птицы, хотя радиационный фон там значительно повышен."

Ссылка: http://www.kodges.ru/nauka/tehnika1/247883-atomnaya-energetika.-sprashivali-otvechaem.html