Преимущества и недостатки ядерной энергетики. Перспективы развития атомной энергетики в россии

Думаю, что на территории стран бывшего союза, когда речь заходит об атомных электростанциях, у очень многих сразу мельком в голове проходит мысль о трагедии в Чернобыле. Это не так просто забыть и я хотел бы разобраться в принципе работы этих станций, а также выяснить их плюсы и минусы.

Принцип работы атомной электростанции

АЭС является некой ядерной установкой, перед которой ставится цель - производить энергию, а впоследствии - электричество. Вообще, началом эпохи АЭС можно считать сороковые года прошлого столетия. В СССР разрабатывались различные проекты по поводу использования атомной энергии не в военных целях, а в мирных. Одной из таких мирных целей была добыча электроэнергии. В конце 40-х начались первые работы по воплощению этой идеи в жизнь. Такие станции работают на водяном реакторе, из которого выделяется энергия и передается в разные теплоносители. В процессе всего это дела выделяется пар, который охлаждается в конденсаторе. А после через генераторы ток идет в дома жителей городов.

Все плюсы и минусы АЭС

Начну с самого основного и жирного плюса - нету никакой зависимости от большого использования топлива. К тому же, затраты на то, чтобы перевезти ядерное топливо будут крайне малы в отличие от обычного. Хочу отметить, что это очень актуально для России, учитывая, что тот же уголь у нас доставляется из Сибири, а это крайне дорого.

Теперь с экологической точки зрения: количество выбросов в атмосферу за год - примерно 13 000 тонн и, как бы ни казалась эта цифра большой, по сравнению с другими предприятиями, показатель довольно мал. Другие плюсы и недостатки:

используется очень много воды, что ухудшает экологию;
производство электроэнергии практически такое же по стоимости, как и на ТЭС;
большой недостаток - ужасные последствия аварий (примеров достаточно).

Еще хочу отметить, что, после того, как АЭС прекращает свою работу, её нужно обязательно ликвидировать, а это может стоить чуть ли не четверть от цены постройки. Несмотря на все недостатки, АЭС довольно распространены в мире.

За 40 лет развития атомной энергетики в мире построено около 400 энергоблоков в 26 странах мира с суммарной энергетической модностью около 300 млн. кВт. Основными преимуществами атомной энергетики являются высокая конечная рентабельность и отсутствие выбросов в атмосферу продуктов сгорания, основными недостатками потенциальная опасность радиоактивного заражения окружающей среды продуктами деления ядерного топлива при аварии и проблема переработки использованного ядерного топлива.

Остановимся сначала на преимуществах. Рентабельность атомной энергетики складывается из нескольких составляющих. Одна из них независимость от транспортировки топлива. Если для электростанции мощностью 1 млн. кВт требуется в год около 2 млн. т.у.т., то для блока ВВЭР-1000 понадобится доставить не более 30 т. обогащенного урана, что практически сводит к нулю расходы на перевозку топлива. Использование ядерного топлива для производства энергии не требует кислорода и не сопровождается постоянным выбросом продуктов сгорания, что, соответственно, не потребует строительства сооружений для очистки выбросов в атмосферу. Города, находящиеся вблизи атомных станций, являются в основном экологически чистыми зелеными городами во всех странах мира, а если это не так, то это происходит из-за влияния других производств и объектов, расположенных на этой же территории. В этом отношении ТЭС дают совсем иную картину. Анализ экологической ситуации в России показывает, что на долю ТЭС приходится более 25% всех вредных выбросов в атмосферу. Около 60% выбросов ТЭС приходится на европейскую часть и Урал, где экологическая нагрузка существенно превышает предельную. Наиболее тяжелая экологическая ситуация сложилась в Уральском, Центральном и Поволжском районах, где нагрузки, создаваемые выпадением серы и азота, в некоторых местах превышают критические в 2-2,5 раза.

К недостаткам ядерной энергетики следует отнести потенциальную опасность радиоактивного заражения окружающей среды при тяжелых авариях типа Чернобыльской. Сейчас на АЭС, использующих реакторы типа Чернобыльского, приняты меры дополнительной безопасности, которые, по заключению МАГАТЭ, полностью исключают аварию подобной тяжести: по мере выработки проектного ресурса такие реакторы должны быть заменены реакторами нового поколения повышенной безопасности. Тем не менее в общественном мнении перелом по отношению к безопасному использованию атомной энергии произойдет, по-видимому, не скоро. Проблема утилизации радиоактивных отходов стоит очень остро для всего мирового сообщества. Сейчас уже существуют методы остекловывания, битумирования и цементирования радиоактивных отходов АЭС, но требуются территории для сооружения могильников, куда будут помещаться эти отходы на вечное хранение. Страны с малой территорией и большой плотностью населения испытывают серьезные трудности при решении этой проблемы.

Муниципальное казённое общеобразовательное учреждение

Климщинская средняя школа

Атомная энергетика: плюсы и минусы

исследовательская работа по физике

Серков Вадим,

обучающийся 10 класса

Руководитель: Голубцова Ирина

Викторовна, учитель физики

Климщина

2016

Оглавление

I .Введение.........................................................................................................3

II .Основная часть

Атомная энергетика……………………………………………………4

1.1.Получение атомной энергии………………………………………4

1.2. История развития атомной энергетики…………………………..7

1.3.Экономическое значение энергетики……………………………10

1.4. Объёмы производства атомной электроэнергии. ………..……12

1.5.Плюсы атомной энергетики……………………………………...14

1.6.Минусы атомной энергетики…………………………………….15

2.Результаты социологического опроса…………………………………19

III .Заключение……………………………………………………………..22

IV .Список использованной литературы………………………………….24

Введение

26 апреля исполняется 30 лет со дня катастрофы на Чернобыльской АЭС.

В небо взлетело и рассеялось огромное количество радиоактивных веществ. Люди в Чернобыле подверглись облучению в 90 раз большему, чем при падении бомбы на Хиросиму. По подсчетам Российской академии наук, чернобыльская катастрофа обернулась гибелью 60 тысяч человек в России и 140 тысяч в Беларуси и Украине.30 лет – большой срок для человека, но не для человечества. Эта трагедия заставила людей задуматься: «Атомная энергия-это добро или зло?»

Я тоже попытался найти ответ на этот вопрос, чтобы в дальнейшем помочь разобраться в нём моим сверстникам.

Цель исследования: выявить отношение людей к атомной энергетике.

Задачи:

- изучение процессов получения атомной энергии

Изучение истории развития атомной энергетики

Изучение значения атомной энергетики

Выявление проблем атомной энергетики

Разработка диагностического материала по проблеме исследования

Проведение соц.опроса среди людей разного возраста

Анализ результатов соц.опроса

Предмет исследования: отношение человека к вопросам атомной энергетики

1.Атомная энергетика

1.1.Получение атомной энергии

Атомная энергетика ( ядерная энергетика ) - это отрасль энергетики , занимающаяся производством электрической и тепловой энергии путём преобразования ядерной энергии.

Обычно для получения ядерной энергии используют или . Ядра делятся при попадании в них , при этом получаются новые нейтроны и осколки деления. Нейтроны деления и осколки деления обладают большой . В результате столкновений осколков с другими атомами эта кинетическая энергия быстро преобразуется в .

Топливный цикл

Атомная энергетика основана на использовании , совокупность промышленных процессов которого составляют топливный ядерный цикл. Хотя существуют различные типы топливных циклов, зависящие как от типа реактора, так и от характеристик конечной стадия цикла, в целом у него существуют общие этапы.

Добыча урановой руды.

Измельчение урановой руды

Отделение диоксида урана, т. н. жёлтого хека, идущих в отвал.

Преобразование в газообразный .

Процесс повышения концентрации урана-235, производится на специальных заводах по разделению изотопов.

Обратное превращение гексафторида урана в диоксид урана в виде топливных таблеток.

Изготовление из таблеток тепловыделяющих элементов (сокр. ), которые в скомпанованном виде вводятся в активную зону ядерного реактора АЭС.

Извлечение .

Охлаждение отработанного топлива.

Захоронение отработанного топлива в специальном хранилище.

В ходе эксплуатации в процессах технического обслуживания удаляются образующиеся низкорадиоактивные отходы. С окончанием срока службы производится самого реактора, демонтаж сопровождается дезактивацией и удалением в отходы деталей реактора.

Ядерный реактор

Ядерный реактор - устройство, предназначенное для организации управляемой самоподдерживающейся , которая всегда сопровождается выделением энергии.

Первый ядерный реактор построен и запущен в декабре 1942 года в под руководством . Первым реактором, построенным за пределами США, стал , запущенный в . В Европе первым ядерным реактором стала установка , заработавшая в Москве под руководством . К в мире работало уже около сотни ядерных реакторов различных типов.

Существуют разные типы реакторов, основные отличия в них обусловлены используемым топливом и теплоносителем, применяемым для поддержания нужной температуры активной зоны, и замедлителем, используемым для снижения скорости нейтронов, которые выделяются в результате распада ядер, для поддержания нужной скорости цепной реакции.

Наиболее распространенным типом является легководный реактор, использующий в качестве топлива обогащённый уран, в нём в качестве и теплоносителя, и замедлителя используется обычная или «легкая» вода. У него есть две основные разновидности:

Где пар, вращающий , образуется непосредственно в активной зоне.
Где пар образуется в контуре, связанном с активной зоной теплообменниками и парогенераторами.

С графитовым замедлителем получил широкое распространения благодаря возможности эффективно вырабатывать оружейный плутоний и возможности использовать необогащённый уран.

В в качестве и теплоносителя, и замедлителя используется тяжелая вода, а топливом является необогащённый уран, используется в основном в Канаде, имеющей собственные месторождения урановых руд.

1.2.История развития атомной энергетики

Впервые цепная реакция ядерного распада была осуществлена 2 декабря 1942 году в с использованием урана в качестве топлива и графита в качестве замедлителя. Первая электроэнергия из энергии ядерного распада была получена 20 декабря 1951 года в Национальной лаборатории Айдахо с помощью реактора на быстрых нейтронах EBR-I (Experimental Breeder Reactor-I). Произведённая мощность составляла около 100 кВт.

9 мая 1954 года на ядерном реакторе в г. была достигнута устойчивая цепная ядерная реакция. Реактор мощностью 5 МВт работал на обогащённом уране с графитом в качестве замедлителя, для охлаждения использовалась вода с обычным изотопным составом. 26 июня в 17:30 энергия, выработанная здесь, стала поступать в потребительскую .

А́томная электроста́нция (АЭС) - для производства в заданных режимах и условиях применения, располагающаяся в пределах определённой проектом территории, на которой для осуществления этой цели используются (реакторы) и комплекс необходимых систем, устройств, оборудования и сооружений с необходимыми работниками (), предназначенная для производства электрической энергии).

Атомная транспортная энергетика

Атомоход (атомное судно) - общее название с , обеспечивающей ход судна. Различают атомоходы гражданские ( , транспортные суда) и ( , тяжёлые).

Военные корабли - атомные и , и первый в мире авианосец , самое длинное в мире военное , в 1964 году во время рекордного кругосветного путешествия, в течение которого они преодолели 49,190 км за 65 дней без дозаправки.

В декабре 1954 года в вошла в строй первая .

Российский 1994 г.

В 1958 начала выдавать электроэнергию первая очередь второй советской АЭС - , мощностью 100 Мвт. В 1959 году в спущено на воду первое в мире невоенное атомное судно - .

Атомная энергетика, как новое направление в энергетике, получила признание на проходившей в Женеве в августе 1955 года 1-й Международной научно-технической конференции по мирному использованию атомной энергии, положившей начало международному сотрудничеству в области мирного использования ядерной энергии.

В начале 1970-х годов существовали видимые предпосылки для развития ядерной энергетики. Потребность в электроэнергии росла, гидроэнергетические ресурсы большинства развитых стран были практически полностью задействованы, соответственно росли цены на основные виды топлива.

В 1975 году в Смоленской области (г.Десногорск) было начато строительство атомной электростанции, которая была введена в эксплуатацию в 1982 году.

В промышленной эксплуатации на САЭС находится три с уран-графитовыми канальными реакторами . Электрическая мощность каждого энергоблока - 1 ГВт, тепловая 3,2 ГВт. Энергоблоки с реакторами РБМК-1000 одноконтурные. Связь с осуществляется шестью напряжением 330 кВ (Рославль-1, 2), 500 кВ ( , ), 750 кВ (Ново-Брянская, Белорусская).

1.3.Экономическое значение атомной энергетики

Доля атомной энергетики в общем производстве электроэнергии в различных странах.

В 2014 году ядерная энергия обеспечивала 2,6 % всей потребляемой человечеством энергии. Ядерный сектор энергетики наиболее значителен в промышленно развитых странах, где недостаточно природных во , и . Эти страны производят от 20 до 74 % (во Франции) электроэнергии на .

В 2013 году мировое производство ядерной энергии выросло впервые с 2010 года - по сравнению с 2012 годом произошёл рост на 0,5 % - до 6,55 млрд МВт ч (562,9 млн тонн нефтяного эквивалента). Наибольшее потребление энергии атомных станций в 2013 году составило в США - 187,9 млн тонн нефтяного эквивалента. В России потребление составило 39,1 млн тонн нефтяного эквивалента, в Китае - 25 млн тонн нефтяного эквивалента, в Индии - 7,5 млн тонн.

Согласно отчёту (МАГАТЭ), на 2013 год насчитывалось436 действующих ядерных энергетических , то есть производящих утилизируемую электрическую и/или тепловую энергию, реакторов в 31 стране мира (кроме энергетических, существуют также исследовательские и некоторые другие).

Примерно половина мирового производства электроэнергии на АЭС приходится на две страны - США и Францию. на АЭС производят только 1/8 своей электроэнергии, однако это составляет около 20 % мирового производства.

Абсолютным лидером по использованию ядерной энергии являлась . Единственная , расположенная на её территории, вырабатывала электрической энергии больше, чем потребляла вся республика (например, в 2003 году в Литве всего было выработано 19,2 млрд , из них - 15,5 Игналинской АЭС). Обладая её избытком (а в Литве есть и другие электростанции), «лишнюю» энергию отправляли на экспорт.
Однако, под давлением (из-за сомнений в её безопасности - ИАЭС использовала энергоблоки того же типа, что и ), с Игналинская АЭС была окончательно закрыта (предпринимались попытки добиться продолжения эксплуатации станции и после 2009 года, но они не увенчались успехом), сейчас решается вопрос о строительстве на той же площадке АЭС современного типа.

1.4.Объёмы производства атомной электроэнергии по странам

Страны с атомными электростанциями.

Эксплуатируются АЭС, строятся новые энергоблоки. Эксплуатируются АЭС, планируется строительство новых энергоблоков. Нет АЭС, станции строятся. Нет АЭС, планируется строительство новых энергоблоков. Эксплуатируются АЭС, строительство новых энергоблоков пока не планируется. Эксплуатируются АЭС, рассматривается сокращение их количества. Гражданская ядерная энергетика запрещена законом. Нет АЭС.

На 2014 год суммарно АЭС мира выработали 2,410 энергии, что составило 10,8 % всемирной генерации электричества.

Мировыми лидерами в производстве ядерной электроэнергии на 2014 год являются:

В мире людей, далеких от атомной энергетики существует почти конспирологическая идея о том, что ТОРИЙ - это то, что злобные атомные буратины скрывают от пушистых потребителей электричества. Дешевый, безопасный и не оставляющий радиоактивных отходов - он мог бы привести атомную энергетику на вершины могущества, но по каким-то причинам не привел.

Сегодняшний парк промышленных ядерных реакторов, целиком и полностью использует урановое топливо, а конкретно изотоп U235. Произошло это по простой причине - это единственный природный изотоп, который способен поддерживать цепную реакцию распада. Остальные природные тяжелые элементы, например U238 и Th232 (тот самый торий) цепную ядерную реакцию не поддерживают . Есть еще несколько искусственно получаемых которые способны работать в реакторе - например всем известный Pu239 или U233 - получаемые путем трансмутации тех самых U238, Th232.

Тяжеловодные реакторы - один из трех главных дизайнов (наряду с газоохлаждаемыми и жидкосолевыми), в которых может быть применен ториевый цикл.

Таким образом, первый момент, почему мы не видим сотни реакторов на тории, весело снабжающих мир электричеством - торий не является ядерным топливом. Он имеет смысл только в составе замкнутого ядерного топливного цикла(ЗЯТЦ), который полноценно так нигде и не был воплощен. Так же как и ЗЯТЦ на уране, торию будут нужны быстрые реакторы с коэффициентом воспроизводства больше 1, радиохимические перерабатывающие заводы и прочие фишки ЗЯТЦ.
Фактически Th232 - это конкурент U238 - вещество, которое можно превратить в ядерное топливо. Если говорить в общем у каждого из кандидатов в ядерное топливо есть свои плюсы и минусы:

1. В земной коре тория в несколько раз больше, чем урана. Это плюс торию.
2. У тория нет проблем с минорными актиноидами, топливо на основе ториевого цикла становится не радиоактивным уже через несколько сот лет против сотен тысяч у уранового цикла. Это его главный плюс, об этом ниже.
3. Однако торий надо добыть, в то время как 3,5 млн тонн урана уже лежат на складах
4. При трансмутации Th232->U233 образуется промежуточный Pa233, который довольно долго распадается и является нейтронным ядом. Это огромный минус, о нем мы поговорим ниже.
5. Побочный изотоп U232, который будет нарабатываться в топливе с торием дает при распаде цепочку жестких гамма-излучателей , которые резко осложняют переработку ОЯТ.

Понятно, что с таким гандикапом (пункт 3) и отсутствием ЗЯТЦ у тория не очень-то много шансов на реализацию, как минимум на сегодня. Да и в остальном у тория нет каких-то недостатков или преимуществ. Часто ему приписывают, например, что он не имеет проблем распространения ядерно-оружейных технологий. Это не так. Да, тут нет плутония, но есть U233, из которого отлично получаются ядерные бомбы.

Превращение материалов в топливе современного реактора: 3,5% U235 распадается в продукты деления, паралельно из U238 нарабатывается 3% Pu, 2% из которых тоже распадается, давая тепло и нейтроны.

Теперь давайте поговорим о пунктах 2 и 4 поподробнее, т.к. они являются определяющими для будущего тория.

Итак, что за проблема минорных актиноидов? При работе ядерного реактора на обычном, человеческом топливе из 3-5% U235 и 95-97% U238 при поглощении нейтронами образуются разнообразные неприятные вещества - минорные актиноиды. К ним относят нептуний Np-237, изотопы америция Am-241, -243, кюрия Cm-242, -244, -245. Все они радиоактивны, и довольно неприятно - мощные гамма излучатели. Однако в свежем ОЯТ их будет совсем немного - несколько килограмм на тонну, против десятков килограмм продуктов деления (типа знаменитого Cs-137), которые еще более активны. В чем же проблема?

Превращения изотопов в урановом топливе в реакторе.

Проблема в периоде полураспада. Самый длинный период полураспада продуктов деления как раз у Cs-137 - и он составляет ~30 лет. За 300 лет его активность уменьшится в 1000 раз, а за 900 - в миллиард. Это значит, что за исторически обозримое время можно перестать беспокоиться о коррозии ОЯТ и охранять его от нехороших любителей радиоактивности.

Оценки для ядерной энергетики: мощности в ГВт Pel, исторической выработки энергии в ГВт*годах Qel, массы ОЯТ в тоннах, массы плутония в этом ОЯТ MPu в тонных, и остальных изотопах в килограммах

А вот для минорных актиноидов периоды полураспада составляют тысячи лет. Это значит, что сроки хранения удлиняются с сотен лет до десятков тысяч. Такое время уже довольно сложно представить, зато можно представить, что при интенсивной работе атомной энергетики через несколько тысяч лет ОЯТом будет заставлена довольно большая территория, а самой популярной профессией будет “охранник хранилища ОЯТ”.

А шведы уже захоранивают ядерное топливо навсегда по такой схеме в хранилище Forsmark.

Ситуация меняется, если вместо цикла с однократным использованием топлива (который существует сейчас) мы переходим к замкнутому циклу - нарабатывая из U238 или Th232 ядерное топливо и сжигая его в реакторе. С одной стороны объем ОЯТ по понятным причинам резко уменьшается, а вот с другой - количество минорных актиноидов будет расти и расти. Проблема уничтожения (путем трансмутации и расщепления) минорных актиноидов в ядерных реакторов с 70х является одной из существенных на пути к разворачиванию ЗЯТЦ.

И вот тут Th232 на коне. В его ЯТЦ не будут образовываться МА, а значит нет и проблем с хранением ОЯТ “вечно”, и проблем с обращением с этими очень сложными и неприятными субстанциями в ходе переработки уранового ОЯТ. Таким образом торий получает важное преимущество - ЗЯТЦ на нем чем-то может быть проще.

Жидкосолевой реактор - вечный спутник идеи ториевой энергетики.

FLiBe с примесью фторида U233 в твердом и жидком виде имеет правильный для ядерного реактора цвет.

Такой реактор управляется с помощью контроля утечки нейтронов из активной зоны, и фактически не имеет никаких исполнительных механизмов внутри АЗ, а главное - постоянно очищается радиохимическим способом от Pa233 и продуктов распада U233. Идея ЖСР - святой грааль ядерной инженерии, но одновременно кошмар материаловедов - в этом расплаве быстро образуется вся таблица менделеева в буквальном смысле, и сделать материал, который будет удерживать такую смесь без коррозии в условиях высокой температуры и радиации пока не получается.

Разрез индийского AHWR - единственного в мире промышленного реактора, планируемого к работе на Th/U233 и Th/Pu239 MOX.

Таким образом можно резюмировать: пока у атомной индустрии нет ни особых потребностей, ни возможностей по строительству ториевой энергетики. Экономически это выглядит так - торий не интересен, пока стоимость килограмма урана не превысит 300$, как это сформулировано в выводах отчета МАГАТЭ по ториевому циклу. Даже индусы, в условиях ограничения поставок урана (и отсутствия его ресурсов внутри страны) сделавшие в 80х ставку на ториевый ЗЯТЦ сегодня постепенно сворачивают усилия по его запуску. Ну а у нашей страны есть только интересно наследие из эпохи, когда плюсы и минусы тория были непонятны - склады с 80 тысячами тонн монацитового песка (ториевой руды) в Красноуфимске, но нет больших экономически оправданных месторождений тория и планов по его освоению для ядерной энергетики.

Теги: Добавить метки

В современном мире только использование ядерной энергетики дает возможность получить такой объем энергоносителей, который позволит удовлетворить нужды человечества. Никакие другие источники их получения просто не способны справиться с этой задачей. Атомная энергетика стала своеобразной «панацеей» для решения проблем жизнеобеспечения людей во всем мире. Однако это не единственная причина, по которой во всем мире активно используются возможности ядерной энергетики.

Преимущества энергетики атомной

Если рассматривать плюсы атомной энергетики, можно выделить такие:

относительная дешевизна добычи энергии;
экологическая чистота получаемого продукта;
существенная экономичность потребления энергоносителей (газ, нефть, уголь);
возможность экономии пространства (АЭС занимают не много места).

Получается, что ядерная энергетика – лучшая находка человечества? Так было до 1986 г. (катастрофа на чернобыльской АЭС), когда этот способ получение энергоносителей «повернулся другой стороной» к человеку. Последствия, которые имела техногенная катастрофа, актуальны для всего мира в целом и каждой страны в частности.

Опасные вещества были разнесены воздушными массами по территории всей планеты. Нет ни единого уголка Земли, который бы остался «в стороне» от случившегося.

Стоит ли отказаться от использования атомной энергетики?

Плюсы и минусы ядерной энергетики нельзя сравнивать между собой. В этом случае не работает подход «их двух зол выбирают меньшее». Что можно считать большим злом – угрозу для жизни всего живого на планете или реальную возможность остаться без необходимых для жизнедеятельности человечества энергоносителей? Судя по тому, что ядерная энергетика до сих пор не только активно используется, но и развивается, решение относительно этой дилеммы очевидно.

Впрочем, особенного выбора у человека не было. Запасы природных энергоносителей имеют свойство заканчиваться. Потребности человечества растут из года в год. Нет иных возможностей для безопасного и полностью надежного производства энергии. Альтернативные источники, такие как солнечная энергия, водород, гидроустановки, не способны обеспечить мир необходимым количеством энергоносителей.

Есть единственный способ обезопасить мир от угрозы техногенных катастроф, не отказываясь от использования атомной энергетики, − более внимательно относиться к работе АЭС и других установок. Только в этом случае можно хотя бы надеяться, что повторения чернобыльской трагедии не будет.