Городской округ электросталь Московской области
Муниципальное общеобразовательное учреждение «Гимназия №17»
Реферат
«Новый взгляд на использование атомной энергетики»
Авторы:
Учащиеся 10 Б класса
Евсиков Илья,
Орешникова Екатерина.
Консультант:
учитель физики
Волынчик Мария Петровна
г.о.Электросталь
2012
План реферата:
1)История развития атомной энергетики
2) Атомная энергетика – выгодный способ добычи энергии?
3) «Мирный атом»
4) Противники атомной энергетики
5)Реальная ситуация
За более чем полувековый период своего существования ядерная энергия достигла 7 % потребляемой человечеством первичной энергии и превзошла гидроэнергию и все другие возобновляемые источники. На сегодняшний день ядерная энергия является самым концентрированным источником энергии, в миллионы раз превосходящим все другие известные источники.
За столь короткий период своего развития ЯЭ:
· утвердилась как новый энергоисточник в мировом энергетическом балансе;
· продемонстрировала потенциальные возможности в устойчивом энергообеспечении растущих потребностей человечества без видимых ограничений их масштаба;
· наглядно засвидетельствовала свои достоинства: стабильность и надежность эксплуатации, отсутствие экологически вредных выбросов, значительно меньшие по сравнению с тепловой энергетикой объемы отходов;
· накопила опыт безопасного эксплуатирования ядерных объектов.
Атомная энергетика – очень важная часть жизни современного человека, потому что на данный момент это одна из самых прогрессивных и развивающихся отраслей науки. Развитие атомной энергетики открывает перед человечеством новые возможности. Но как и у всего нового, у нее есть и свои противники, которые утверждают, что атомная энергетика имеет скорее больше минусов, чем плюсов. Для начала нужно выяснить – а как вообще возникла атомная энергетика?
История развития атомной энергии:
Атомный век имеет длительную предысторию. Начало положила опубликованная в декабре 1895 работа В. Рентгена «О новом роде лучей». Он назвал их Х - лучами, впоследствии они получили название рентгеновских. В 1896 г. А. Беккерель открыл, что урановая руда испускает невидимые лучи, обладающие большой проникающей способностью. Позднее это явление было названо радиоактивностью.В 1919 году группа учёных под руководством Э. Резерфорда, бомбардируя альфа-частицами азот, получила изотоп кислорода – так была осуществлена первая в мире искусственная ядерная реакция. В 1942 под трибунами футбольного стадиона в Чикагском университете (США) был запущен первый в истории ядерный реактор. Знаменательным стал 1944 год — получены первые в Евразии килограммы чистого урана. Уже в 1945 году на полигоне в пустынной местности штата Нью-Мексико близ городка Аламогордо (США) прошли испытания первой в мире атомной бомбы. 
С момента создания атомной бомбы в 1945 г. большие надежды связывали и использованием атомных электростанций (АЭС) для обеспечения основной доли мировых потребностей в энергии. Первая в мире АЭС опытно-промышленного назначения мощностью 5 Мвт была пущена в СССР 27 июня 1954 г. в г. Обнинске. До этого энергия атомного ядра использовалась преимущественно в военных целях. Пуск первой АЭС ознаменовал открытие нового направления в энергетике, получившего признание на 1-й Международной научно-технической конференции по мирному использованию атомной энергии (август 1955, Женева). За рубежом первая АЭС промышленного назначения мощностью 46 Мвт была введена в эксплуатацию в 1956 в Колдер-Холле (Англия).Через год вступила в строй АЭС мощностью 60 Мвт в Шиппингпорте (США).На начало 1990-х гг. 435 действующих АЭС вырабатывали около 1% производимой в мире энергии.
Сейчас уже невозможно представить нашу жизнь без электричества В последние годы перед человечеством все острее встает проблема нехватки энергии. Мы, как потребители различных видов энергии, привыкли к тому, что электричество, газ, бензин есть почти всегда. Но запасы органического топлива заканчиваются, а большинство электростанций в будущем исчерпают свои ресурсы.
На данный момент существуют следующие способы выработки электроэнергии:
1) Гидроэлектростанции.
2)Тепловые станции.
3) Установки, преобразующие энергию ветра, солнца, приливов и отливов в электрическую.
4)Атомные станции
Гидроэлектростанции: еще в советские времена ресурсы гидроэнергетики были практически исчерпаны. В поймах крупных рек были сооружены каскады ГЭС. Больше строить просто негде, разве что начать перегораживать такие реки как Москва и Яуза. В настоящее время доля ГЭС в суммарной энерговыработке России составляет примерно 30%. Мы не в состоянии обеспечить себя электроэнергией, используя одни ГЭС. Необходимо учитывать и то, что эффективность работы таких станций сильно зависит от природных явлений. Итак, при попытки обеспечить свои потребности в электроэнергии за счет ГЭС, нам будет необходимо еще и еще перегораживать реки и затоплять земли. Разве это выход?. Но даже затопив всю Сибирь и Урал мы все равно не обеспечим эти потребности.
Тепловые станции: Этот способ является самым распространенным и безопасным на данный момент. Он относительно дешев. Накоплен огромный опыт в области эксплуатации и проектирования тепловых станций. Но сжигание органических веществ, таких как уголь, газ , нефть, приводит к выбросам, содержащим огромное количества углекислого газа, серных окислов и других вредных веществ, не говоря уже о выжигании кислорода. По оценкам различных групп экспертов запасы органического топлива закончатся через 40- 60 лет. Получается, что котлы на этих станциях нечем будет топить. Тепловые станции придется закрыть. А это около 60 % общей энерговыработки. Отсюда следует, что надо менять топливо.
Установки, преобразующие энергию ветра, солнца, приливов и отливов в электрическую: Суммарная доля электроэнергии, полученная этими способами, меньше одного процента. Стоимость такой электроэнергии в десятки раз превышает стоимость электричества, полученного любым другим способом. В данный момент, в мире, где деньги поставлены во главу угла, этот способ не может реально соперничать с остальными. Данные источники электроэнергии являются возобновляемыми - это, конечно, огромный плюс. Они относительно безопасны. Поэтому все природоохранные организации призывают развивать энергетику только в этом направлении. Но не надо забывать, что ветряные установки можно устанавливать не везде, а только в районах с установившейся розой ветров. Необходимо, чтобы такие районы находились далеко от жилья. Подобные устройства маломощны, следовательно, для выработки такого же количества энергии как от одной теплоэлектростанции ветряки нужно устанавливать на значительных территориях. Установлено, что в районах, где работают ветряные установки, не живут даже комары. Даже если мы покроем пятую часть земли ветряками , вдоль всего побережья установим электростанции использующие приливы, еще пятую часть суши покроем солнечными батареями, мы все равно не обеспечим потребности в электроэнергии.
Атомные станции: Ядерная энергетика у большинства людей ассоциируется с ужасным словом РАДИАЦИЯ, и из-за незнания или не полного понимания, возникает чувство страха. Сразу на ум приходит авария на Чернобыльской станции. Последствия - катастрофичны. Человечество, к сожалению, еще не обладает достаточным опытом конструирования ядерных энергоустановок. Но атомные станции при нормальном режиме ничего не выбрасывают. Радиационный фон в городах при АЭС не превышает естественный. Стоимость электроэнергии АЭС дешевле энергии тепловых станций. Разведанных запасов урана хватит более чем на 2000 лет. Это при условии использования урана в открытом топливном цикле. Если же будет реализован закрытый топливный цикл, то запас увеличивается до 10000 лет. А ведь еще есть торий. По ядерно-физическим свойствам этот материал во многом схож с ураном и уже существуют экспериментальные установки с ториевым топливным циклом. Как видно, запасы топлива и экономические показатели нас вполне удовлетворяют. Однако необходимо уделять большее внимание вопросам ядерной безопасности.
Можно сделать вывод, что органическое топливо скоро закончится; строить ГЭС никто не позволит; нетрадиционные источники не могут удовлетворить потребности человечества в электроэнергии. Остается одно - ядерная энергетика. Хотим мы этого или нет, за мы или против - другого выхода нет. Может быть природоохранным организациям, таким как ГРИНПИС стоит перестать вкладывать деньги в борьбу с ядерной энергетикой. По-моему, логичнее эти же деньги вложить в разработку новых, более современных и безопасных атомных электростанций и усовершенствование систем безопасности на уже работающих блоках.
Преимущества атомных электростанций (АЭС) перед тепловыми (ТЭЦ) и гидроэлектростанциями (ГЭС) очевидны, и все же целесообразность строительства и эксплуатации АЭС часто ставят под сомнение из-за вредного воздействия радиоактивных веществ на окружающую среду и человека.
«Мирный атом»
Атомная энергетика является одной из самых молодых и динамично развивающихся отраслей мировой экономики. Её история насчитывает лишь немногим более 50 лет. Развитие атомной энергетики стимулируют растущие потребности человечества в топливе и энергии при ограниченности невозобновляемых ресурсов. В сравнении с другими энергоносителями ядерное топливо имеет в миллионы раз большую концентрацию энергии. Немаловажно и то, что атомная энергетика практически не увеличивает «парниковый эффект». Атомная Энергия имеет ряд преимуществ. Она обеспечивает экономный расход топлива: одна тонна u-235 дает больше энергии, чем 12 млн. баррелей нефти. Это – чистый, не загрязняющий атмосферу вид энергии.
Вклад современных АЭС в общее количество электроэнергии, вырабатываемой в мире, сравнительно велик – целых 14%. Ожидается, что эта доля в будущем не только не сократится, но и будет расти: США, Канада, почти все развитые страны Европы, включая Россию, а также развивающиеся восточные страны(Индия, Китай и др.) заявили о стремлении строить новые атомные электростанции. Может возникнуть вопрос: зачем? Но для этого есть веские основания. Главное среди них – неизбежная исчерпаемость запасов ископаемого топлива. И это событие не за горами: при растущих темпах потребления запасы нефти и газа практически закончатся к концу XXI века, а угля хватит еще на 200-300 лет. Становится очевидным, что стоимость нефти, угля и газа будет возрастать и в недалеком будущем газовый киловатт окажется дороже атомного. Но тут же на первый план выходит вопрос экологической безопасности. Люди, которые не понимают устройства и работы АЭС считают, что от этих самых АЭС исходит опасность и бояться строительства новых предприятий, бояться идти работать на данные предприятия и вообще относятся негативно к этому явлению. Стоит разобраться : как работает АЭС?
Основным элементом реактора является активная зона — конструктивно выделенный объем, куда загружается ядерное топливо и где протекает управляемая цепная реакция. Во время нее уран-235, являющийся основой ядерного топлива, делится медленными (тепловыми) нейтронами, при этом выделяется огромное количество тепла. Оно отводится из активной зоны теплоносителем (в реакторах ВВЭР это обычная вода). Затем с помощью сепараторов, парогенераторов и турбин это тепло преобразуется в электроэнергию. Таким образом, на АЭС происходит три взаимных преобразования форм энергии: ядерная энергия переходит в тепловую, тепловая — в механическую, механическая — в электрическую.
Теплоноситель подаётся циркуляционными насосами в теплообменник (парогенератор), где отдает свое тепло второму контуру теплообмена. Полученный при этом пар под высоким давлением подается на лопатки турбин в машинном зале. Под действием своего давления пар приводит в движение лопасти турбин, которые в свою очередь вращают вал генератора электрической энергии. При вращении вала генератора вырабатывается электрический ток, напряжение которого повышается с помощью трансформатора для последующей доставки потребителям на большие расстояния по линиям электропередач.
После того, как теплоноситель второго контура отдал свою энергию на вращение турбин, он подается в конденсатор, где охлаждается и в виде воды снова подается в парогенератор.
Изотоп U-235составляет лишь 0,7% всех запасов урана. Более 99% - это уран-238.Запасы U-235, как и ископаемого топлива, не беспредельны. Однако с помощью так называемого реактора-размножителя из U-238 можно получать другой радиоактивный элемент- плутоний-239. Реактор-размножитель — ядерный реактор, позволяющий нарабатывать ядерное топливо в количестве, превышающем потребности самого реактора. Например — реактор на быстрых нейтронах. Основная характеристика — коэффициент воспроизводства (КВ). В настоящее время в эксплуатации находятся прототипные или демонстрационные реакторы-размножители мощностью 250-350 МВтэ, такие, как БН-350 (СССР), "Феникс" (Франция), Даунрейский реактор (Англия). Германия и страны Бенилюкса совместно строят реактор SNR-300. Планируется также строительство американского реактора LMFBR и японского "Мондзю". Все это реакторы на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением. Их сооружение связано с большими капитальными затратами. Так, американская демонстрационная АЭС обойдется приблизительно вдвое дороже, чем АЭС с легководным реактором аналогичной мощности. Столь высокие затраты обусловлены дорогостоящими мерами безопасности и сложной технологией натриевого охлаждения.
До настоящего времени еще нет демонстрационных реакторов на быстрых нейтронах с газовым охлаждением. Их разработка была связана с развитием реактора-размножителя, охлаждаемого натрием. Правда, при газовом охлаждении реактора-размножителя от тепловых газоохлаждаемых реакторов (особенно высокотемпературных) можно заимствовать технику гелиевого охлаждения и баки высокого давления из предварительно напряженного железобетона, так что расходы на опытно-конструкторские разработки, вероятно, будут значительно ниже по сравнению с реакторами, охлаждаемыми натрием. Реактор-размножитель с газовым охлаждением обладает следующими преимуществами: инертный и прозрачный однофазный теплоноситель, слабое взаимодействие с ним нейтронов, лучшая и легче достижимая ядерная безопасность.
В целом атомные электростанции с реакторами-размножителями эффективнее станций с обычными реакторами: они превращают в электроэнергию больше ядерного топлива. Поэтому у них меньше тепловые потери, меньше и опасных радиоактивных отходов, которые с трудом поддаются удалению и обезвреживанию. Кроме того, реактор-размножитель работает при более низком давлении, так что уменьшается вероятность утечки радиоактивных газов в атмосферу. Если реакторы-размножители получат распространение, мировых запасов урана хватит на тысячи лет. 
Более всего людей пугает слово радиация, и они ассоциируют его с работой АЭС. Но у меня есть очень весомый довод, способный развеять миф о преувеличенном вреде радиации. Дело в том, что радиация оказывает не такое уж серьезное влияние на живые компоненты окружающей среды. К примеру, самая крупная по последствиям Чернобыльская авария привела к гибели всего 560 гектаров леса, а Норильский горно-металлургический комбинат, работая в штатном режиме, уничтожил 600000 гектаров леса! Сравнивая АЭС с другими типами электростанций становится ясно, что АЭС – наиболее экологически чистый способ добычи энергии( в сравнении с ГЭС и ТЭС). Считается, что самый неприятный аспект эксплуатации АЭС – радиационный фактор. По этому поводу можно сказать следующее: радиационное воздействие АЭС на окружающую среду и население гораздо меньше по сравнению с электростанциями на нефти, угле и мазуте. Этот факт может оказаться невероятным, что, впрочем, не мешает ему оставаться фактом. Полезные ископаемые( в том числе нефть и уголь) содержат определенное количество природных радиоактивных изотопов( изотопы, ядра которых нестабильны и испытывают радиоактивный распад). Многие считают, что природные радиоактивные изотопы менее опасны в сравнении с техногенными по той лишь причине, что они естественные, «натуральные». Это мнение, хотя и кажется логичным, является в корне ошибочным. Вред, нанесенный организму человека, определяется не происхождением изотопа, а так называемой эффективной дозой. И поскольку эффективная доза от естественных изотопов, которую получает население вблизи угольных ТЭЦ, гораздо больше, чем эффективная доза от техногенных изотопов, которую получают люди, живущие в районе АЭС, то воздействие радиации у станций на угле будет выше.
АЭС наносят окружающей среде намного меньший вред чем ТЭЦ. На каждой АЭС есть эффективная система газоочистки, которую практически не встретишь ни на одной ТЭЦ. Она необходима для очищения воздуха, содержащего радионуклиды, которые образуются во время работы энергетического реактора. В процессе выдержки большинство радионуклидов распадается, превращаясь в нерадиоактивные изотопы. После этого воздух, содержащий радионуклиды, пропускают через систему газоочистки, где установлены специальные фильтры, настроенные на улавливание наиболее опасных газообразных продуктов деления. Наконец, в качестве дополнительной меры безопасности воздух выбрасывается через высокую трубу. Высота трубы рассчитывается таким образом, чтобы те немногочисленные радионуклиды, которые в нее попадают, превратились в стабильные изотопы до того, как достигнут приземного слоя воздуха. Поэтому дозы облучения населения, проживающего в районе АЭС, могут быть во много десятков(40-100) раз ниже, чем на угольной станции аналогичной мощности. Вспомним, что на всех тепловых станциях при сгорании органического топлива образуется углекислый газ – CO2. По некоторым данным в атмосферу выбрасывают более 20 млрд тонн CO2 ежегодно. Сейчас даже дети знают о парниковом эффекте, который приводит к повышению температуры атмосферы Земли и Мирового океана.
Предметом особого внимания в атомной энергетике является отработавшее ядерное топливо. Что делать с этим отработанным материалом? Отходы любой отрасли промышленности при огромных масштабах производства энергии, различных изделий и материалов создают огромной проблемой. Радиоактивные отходы образуются почти на всех стадиях ядерного цикла. Они накапливаются в виде жидких, твердых и газообразных веществ с разным уровнем активности и концентрации. Большинство отходов являются низкоактивными: это вода, используемая для очистки газов и поверхностей реактора, перчатки и обувь, загрязненные инструменты и перегоревшие лампочки из радиоактивных помещений, отработавшее оборудование, пыль, газовые фильтры и многое другое. Газы и загрязненную воду пропускают через специальные фильтры, пока они не достигнут чистоты атмосферного воздуха и питьевой воды. Ставшие радиоактивными фильтры перерабатывают вместе с твердыми отходами. Их смешивают с цементом и превращают в блоки или вместе с горячим битумом заливают в стальные емкости.
Труднее всего подготовить к долговременному хранению высокоактивные отходы. Лучше всего такой "мусор" превращать в стекло и керамику. Для этого отходы прокаливают и сплавляют с веществами, образующими стеклокерамическую массу. Рассчитано, что для растворения 1 мм поверхностного слоя такой массы в воде потребуется не менее 100 лет. В отличие от многих химических отходов, опасность радиоактивных отходов со временем снижается. Бoльшая часть радиоактивных изотопов имеет период полураспада около 30 лет, поэтому уже через 300 лет они почти полностью исчезнут. Так что для окончательного удаления радиоактивных отходов необходимо строить такие долговременные хранилища, которые позволили бы надежно изолировать отходы от их проникновения в окружающую среду до полного распада радионуклидов. Такие хранилища называют могильниками. Необходимо учитывать, что высокоактивные отходы долгое время выделяют значительное количество теплоты. Поэтому чаще всего их удаляют в глубинные зоны земной коры. Вокруг хранилища устанавливают контролируемую зону, в которой вводят ограничения на деятельность человека, в том числе бурение и добычу полезных ископаемых. Предлагался еще один способ решения проблемы радиоактивных отходов - отправлять их в космос. Действительно, объем отходов невелик, поэтому их можно удалить на такие космические орбиты, которые не пересекаются с орбитой Земли, и навсегда избавиться радиоактивного загрязнения. Однако этот путь был отвергнут из-за опасности непредвиденного возвращения на Землю ракеты-носителя в случае возникновения каких-либо неполадок.В некоторых странах серьезно рассматривается метод захоронения твердых радиоактивных отходов в глубинные воды океанов. Этот метод подкупает своей простотой и экономичностью. Однако такой способ вызывает серьезные возражения, основанные на коррозионных свойствах морской воды. Высказываются опасения, что коррозия достаточно быстро нарушит целостность контейнеров, и радиоактивные вещества попадут в воду, а морские течения разнесут активность по морским просторам.
Все большее количество стран — и развитых, и развивающихся, — сегодня приходят к необходимости начала освоения мирного атома. Сегодня в мире обозначилась тенденция, получившая название «ядерный ренессанс». Самые сдержанные прогнозы говорят о том, что в перспективе 2030 года на планете будет эксплуатироваться до 500 энергоблоков (для сравнения, сейчас их насчитывается 442).
Огромное количество споров вызывает вопрос о использовании и производстве ядерного оружия. Ядерное оружие наложило свой отпечаток на все сферы общественной жизни, и современная цивилизация не может жить по тем же законам, что шестьдесят или восемьдесят лет назад. Никто не понимал этого лучше самих создателей атомной бомбы. «Люди нашей планеты, — писал Роберт Оппенгеймер, — должны объединиться. Ужас и разрушение, посеянные последней войной, диктуют нам эту мысль. Взрывы атомных бомб доказали ее со всей жестокостью. Другие люди в другое время уже говорили подобные слова — только о другом оружии и о других войнах. Они не добились успеха. Но тот, кто и сегодня скажет, что эти слова бесполезны, введен в заблуждение превратностями истории. Нас нельзя убедить в этом. Результаты нашего труда не оставляют человечеству другого выбора, кроме как создать объединенный мир. Мир, основанный на законности и гуманизме».
|
