Радиация и здоровье. 2 часть
Атомная энергетика
Как работает ядерный энергоблок?
Существует много разнообразных конструкций ядерных реакторов, но все они имеют одинаковые элементы. Главная часть любого ядерного реактора - активная зона. Именно в ней находится ядерное топливо и протекает цепная реакция деления ядер урана. При цепной реакции выделяется огромное количество тепловой энергии; чтобы ее отводить, через активную зону прокачивается теплоноситель (в большинстве энергетических реакторов теплоносителем служит вода высокой степени очистки). Тепло, которое передается воде, используется для производства водяного пара. Пар поступает на паровую турбину, которая вращает ротор электрогенератора - так и происходит образование электрического тока.
Принцип работы АЭС не является чем-то уникальным - тепловые станции на угле и нефти работают по аналогичной схеме: вода нагревается → превращается в пар → пар идет на турбину → турбина вращает ротор электрогенератора. Различие в том, что на ТЭЦ вода нагревается за счет тепловой энергии сгорания органического топлива, а на АЭС - за счет тепловой энергии, выделяющейся при делении ядра урана.
Как осуществляется управление ядерной реакцией?
Управление реактором осуществляется с помощью так называемой СУЗ - системы управления и защиты. Для того, чтобы протекала реакция деления, в активной зоне реактора должны «летать» нейтроны. Чем больше нейтронов, тем интенсивнее идет процесс, тем большая выделяется энергия. Проблема в том, что на один акт деления требуется 1 нейтрон, а в итоге образуется 2-3 нейтрона - то есть, количество нейтронов увеличивается.
В ядерном реакторе энергия должна высвобождаться постепенно, так, чтобы ее можно было держать под контролем и использовать.
Для этого в ядерном реакторе работают стержни, содержащие материалы, поглощающие нейтроны (наиболее распространены материалы, содержащие бор и европий). Эти стержни также называют поглощающими элементами. Совокупность поглощающих элементов и формирует систему управления и защиты.
Представить, как работает СУЗ можно, вспомнив мультфильм про Винни-Пуха, который подарил ослику Иа-Иа горшочек. «Шарик в горшочек входит и выходит». Если принять, что шарик - это поглощающие стержни, а горшочек - атомный реактор, то:
- когда «шарик» в «горшочек» входит, количество нейтронов в активной зоне снижается, мощность падает.
- когда «шарик» выходит, количество нейтронов растет, ядерный реактор разгоняется.
При необходимости стержни падают в «горшочек» под действием силы тяжести - концентрация нейтронов резко снижается - цепная реакция деления прекращается и ректор останавливается.
Какие меры используются на АЭС для обеспечения их безопасности?
Для того чтобы предотвратить выход радиоактивных веществ в окружающую среду (в том числе, для предотвращения аварийной ситуации) на современных АЭС существует 4 барьера, 4 «линии защиты».
Первый барьер - сама таблетка ядерного топлива: спеченный диоксид урана (UO2), достаточно прочный и химически инертный материал.
Второй барьер - тепловыделяющий элемент (твэл) - представляющий собой трубку, в которую загружаются топливные таблетки. Твэлы изготовлены из высокопрочного, химически и термостойкого циркониевого сплава, и герметично запаяны с обоих концов. Третий барьер - толстостенный корпус реактора и оборудование главного контура (выполненное из высокопрочных материалов и подлежащее непрерывному контролю в процессе эксплуатации).
Наконец, в моделируемой ситуации попадания ядерного топлива в помещения энергоблока (что закладывается для крайне маловероятного события - расплавления активной зоны) существует последний, четвертый барьер - железобетонная герметичная оболочка реакторного помещения (контайнмент). Прочность контайнмента такова, что позволяет выдержать все внешние воздействия - землетрясения, смерчи, ураганы, наводнения, даже падение самолета.
По поводу самолета стоит сказать, что воздушное пространство вокруг АЭС тщательно контролируется…
Кроме того, каждый реактор имеет систему управления и защиты (СУЗ), позволяющую держать под контролем ядерную реакцию. Если СУЗ реактора на Чернобыльской АЭС обеспечивали аварийную остановку за 14,5 секунд (непосредственно перед аварией СУЗ был отключен вручную - после чего исключена возможность вмешательства человека в работу системы), то теперь, чтобы заглушить такой же реактор (РБМК-1000) с усовершенствованной системой СУЗ, потребовалось бы всего две секунды - стержни при прохождении аварийного сигнала просто падают вниз под действием силы тяжести, обеспечивая моментальное прекращение ядерной реакции.
Что делают с радиоактивными отходами на АЭС?
Вначале следует сказать: радиоактивные отходы (РАО) образуются при нормальной, штатной эксплуатации АЭС. То есть образование РАО не следует воспринимать как что-то «из ряда вон выходящее». Деятельность любого предприятия химической промышленности сопровождается образованием отходов - но если общехимические отходы (зачастую достаточно токсичные) легко могут лежать под открытым небом, то РАО тщательно изолируются и хранятся, либо в контейнерах, либо в специальных емкостях. Непосредственно на самих АЭС существуют хранилища РАО и линии по их переработке.
Наиболее популярный способ переработки жидких РАО - их выпаривание с целью сокращения объема, а также цементирование; твердых РАО - прессование. Твердые РАО периодически вывозятся специальным автотранспортом на специализированные предприятия системы «РосРАО».
Что такое биологическая и физическая защита?
Биологическая защита - это материалы и конструкции, назначение которых - снизить интенсивность радиации в помещениях АЭС (и других предприятий ядерной отрасли) до допустимых значений. Самым популярным материалом биологической защиты является бетон, также для этой цели используются вода и свинец. Например, реактор типа РБМК-1000 окружен по периметру кольцевым баком биологической защиты, заполненным водой, помещен в бетонную шахту, закрыт сверху и снизу бетонными плитами и дополнительно экранирован засыпкой из серпентинита (природного минерала, аналогичного по свойствам бетону). Поэтому в реакторном зале персонал может находиться без опасности для здоровья - туда даже разрешен допуск экскурсионных групп, в том числе школьников.
Физическая защита - это совокупность мер, направленных на предотвращение проникновения посторонних на ядерный объект, нанесение ущерба объекту. Физическая защита обеспечивается вооруженной охраной, а также техническими средствами обнаружения вторжения, средствами связи и контроля доступа.
Грубо различие между биологической и физической защитой можно определить таким образом: биологическая защита - это защита человека от радиации, а физическая защита - это защита источников радиации от человека.
Что такое культура безопасности?
В решении проблемы экологической угрозы АЭС изначально были и остаются актуальными два аспекта: (1) технический - создание высоконадежной, эшелонированной, дублированной системы безопасности, и (2) человеческий фактор - обеспечение высокой культуры безопасности рабочего персонала. Отметим здесь, что именно «нулевая» культура безопасности (а вовсе не технические недостатки РБМК-1000) стала основной причиной аварии на Чернобыльской АЭС.
В документах дано определение: «Культура безопасности - квалификационная и психологическая подготовленность всех лиц, при которой обеспечение безопасности АЭС является приоритетной целью и внутренней потребностью, приводящей к самосознанию ответственности».
Любой специалист в атомной энергетике понимает свою ответственность за каждый свой шаг, за каждый свой поступок, - поэтому он самокритично относится к выполненной работе. Это совершенно новый образ мышления и существования, новая философия управления атомной энергетикой. Сегодня культура безопасности - норма жизни на всех атомных станциях России.
Формирование культуры безопасности - это воспитание у каждого человека, имеющего отношение к атомной энергетике, такого состояния, при котором он окажется просто неспособным сделать какой-то шаг в ущерб безопасности, даже если вероятность негативных последствий в этом случае чрезвычайно мала.
Как модернизация ядерных энергоблоков повлияла на их безопасность?
На протяжении всего периода существования отечественной атомной энергетики требования по надежности и безопасности становились все более строгими. Максимальное «закручивание гаек безопасности» произошло после Чернобыльской аварии - и сегодня, пожалуй, ни к какому другому сектору нашей промышленности не предъявляется таких требований по обеспечению безопасности, как к атомной энергетике. С момента аварии оборудование, технологические системы, системы автоматизации и защиты непрерывно совершенствовались и совершенствуются -на станциях, введенных в строй до Чернобыля, нет таких систем, которые бы не подверглись модернизации. В результате, по грубым оценкам, вероятность аварии удалось понизить на два порядка (в 100 раз) по сравнению с чернобыльским реактором.
Являются ли зарубежные стандарты безопасности более жесткими по сравнению с отечественными?
Наше государство часто упрекают в пренебрежительном отношении к людям, оглядываясь на Запад, где, вроде бы, все гораздо лучше. Возможно, такая точка зрения имеет под собой определенную почву, но не в том, что касается ядерной отрасли…
Российские нормы в области атомной энергетики и промышленности гораздо более строгие по сравнению с западными. Вот лишь один из примеров: по заключению Международного Агентства по Атомной Энергии (МАГАТЭ), безопасной дозой для персонала ядерных объектов можно считать 50 мЗв/год.
По российским нормам, допустимая доза для персонала составляет 20 мЗв/год. При этом нужно отметить, что мало найдется отраслей в нашей стране, где так же внимательно контролируют соблюдение норм и правил, как в атомной энергетике.
Поэтому наша страна может активно продвигать свои ядерные технологии и за рубеж - поскольку, если уж они соответствуют российским нормам, то тем более соответствуют международным.
Правда ли, что атомная станция выбрасывает в окружающую среду радиоактивные вещества?
Считайте сами. Вклад, который вносит АЭС в дозу населения, проживающего в регионе, ничтожно мал (меньше одного процента от естественного фона). Выбросы радиоактивных веществ от АЭС в окружающую среду жестко нормируются; более того, как правило, атомные станции выбрасывают значительно меньше радионуклидов, чем разрешено нормами.
А вся правда заключается в том, что угольные электростанции выбрасывают намного больше радиоактивных веществ-радионуклидов по сравнению с АЭС: содержание естественных радиоактивных изотопов в 1 тонне угля может достигать 100 граммов. При этом радиоактивные выбросы от угольных ТЭЦ никак не нормируется, и доза, которую получает население в сфере их действия, примерно в 20 раз (!) выше по сравнению с АЭС аналогичной мощности. Делайте выводы… Впрочем, с точки зрения радиологических рисков, доза от ТЭЦ также является безопасной.
Для чего на АЭС нужна высокая труба, почему из нее никогда не идет дым?
Во всех помещениях энергоблоков организована вентиляция, чтобы обеспечить постоянную смену воздуха и создать безопасные условия для работы персонала. Также в эту трубу сбрасываются газы из технологических газовых систем.
Откроем «страшную» тайну - в эту же трубу сбрасываются и радиоактивные газы.
И вот здесь становятся важными два момента: 1) труба - высокая, 2) газы - радиоактивные.
Особенность радиоактивных изотопов в том, что они быстро распадаются и превращаются в нерадиоактивные, а значит, безопасные. При деятельности АЭС образуется ряд короткоживущих радиоактивных изотопов в газовой фазе. Радиоактивные газы перед сбросом в атмосферу выдерживаются в специальных емкостях - газгольдерах, пока их активность не снизится за счет распада до определенного уровня. Высокая труба позволяет дополнительно рассеять радиоактивные изотопы в атмосфере - с тем, чтобы они успели распасться до того, как достигнут поверхности земли.
Что происходит с отработавшим ядерным топливом после его выгрузки из реактора?
Отработавшее ядерное топливо (ОЯТ), извлеченное из активной зоны, некоторое время охлаждается в так называемом бассейне выдержки около реактора, потом - помещается в хранилище ОЯТ на территории станции, а затем планируется его транспортировка на специальные предприятия - Производственное объединение «Маяк» или Горно-химический комбинат.
ОЯТ реакторов ВВЭР (именно они в ближайший период станут основными в нашей атомной энергетике) подлежит переработке с выделением из него ценных компонентов - изотопов урана, плутония и других радиоактивных изотопов, которые могут быть использованы в различных сферах промышленности, сельском хозяйстве, медицине, научных исследованиях.
Почему нельзя отказаться от АЭС в пользу электростанций на органическом топливе?
Во-первых, для обеспечения экологической безопасности. При нормальной, штатной эксплуатации атомные станции - самый экологически чистый (и стабильный) источник электроэнергии.
Во-вторых, из-за исчерпаемости природных ресурсов. Запасы нефти и газа сокращаются, потребность государств в электроэнергии растет; ветряные мельницы и солнечные батареи не в состоянии эту потребность удовлетворить (солнечные электростанции обеспечивают 0,1% потребности энергетики, ветряные - 1,9%).
В-третьих, для экономии. Еще в XIX веке Д. И. Менделеев отметил, что сжигать нефть - это все равно, что топить печь ассигнациями. Нефть и природный газ - ценнейшее и невосполнимое сырье для химической промышленности, без них невозможно производство пластмасс, синтетических тканей, лаков и красок и т. д. К словам великого ученого, открывшего Периодическую систему элементов, явно стоит прислушаться.
Ядерный топливный цикл
Если есть обогащенный уран, значит, есть и обедненный. Зачем он нужен?
Для того чтобы произвести обогащение урана в газовых центрифугах, его необходимо перевести в форму газа - гексафторида урана. Из обогащенной фракции изготавливают урановое топливо. Содержание делящегося изотопа (уран-235) в обедненном гексафториде урана составляет всего 0,1%, основная доля приходится на уран-238. Обедненный гексафторид хранится на площадке предприятия в специальных контейнерах. Его можно переработать и извлечь чистый фтор (ценное сырье для химической промышленности) и обедненный уран.
Вот пример того, насколько условным может быть понятие «радиоактивный элемент». Формально, уран - радиоактивный элемент, у него вообще нет стабильных изотопов. И в то же время, обедненный уран - это уникальный материал, имеющий очень высокую плотность (он на 65% тяжелее свинца). Его можно использовать для изготовления маховиков и противовесов, в качестве материала биологической защиты и для изготовления контейнеров для радиоактивных отходов, в промышленной радиографии.
Атомная отрасль и атомная энергетика - это одно и то же?
Атомная станция не может работать «сама по себе». Для ее работы необходимо ядерное топливо - уран, который нужно добыть, очистить, обогатить, и только потом изготовить из него топливо. Кроме того, в ходе работы АЭС образуются радиоактивные отходы и отработавшее ядерное топливо, которые требуют специального обращения.
Поэтому кроме атомных электростанций в ядерную отрасль входят предприятия по добыче и переработке урановой руды, по получению гексафторида урана и обогащению урана, по изготовлению уранового топлива - тепловыделяющих элементов (твэлов) и тепловыделяющих сборок (ТВС).
После эксплуатации на АЭС отработавшее ядерное топливо и радиоактивные отходы отправляются на предприятия, занимающиеся их переработкой и хранением.
Все перечисленные предприятия формируют так называемый ядерный топливный цикл.
Урановая руда представляет ценность только из-за содержания в ней урана?
В урановых рудах всегда содержатся попутные ценные компоненты, которые выделяют при ее переработке - в частности, золото, медь, марганец, ванадий, молибден.
Сколько нужно урановой руды для производства килограмма ядерного топлива?
Даже если брать относительно бедную руду (с содержанием урана 0,2%), то получится, что для производства 1 кг обогащенного уранового топлива нужно примерно 2,5 тонны урановой руды. Если вспомнить, что один килограмм низкообогащенного урана по содержащейся в нем энергии «равен» 100 тоннам угля, то получается, что количество урановой руды будет в 40 раз меньше по сравнению с количеством угля для получения одинаковой энергии. Другой положительный момент - уголь необходимо доставлять на станции «целиком», а урановую руду совсем необязательно далеко увозить от места добычи. Выделенный из нее уран и урановое топливо занимают еще меньше места по сравнению с углем, а это означает радикальное сокращение транспортных расходов.
Другое
Что означает слово «радиофобия»?
Термин «фобия» означает навязчивый, неконтролируемый и необоснованный страх перед чем-либо. Мы регулярно слышим о фобиях различных знаменитостей, которые варьируются от боязни авиаперелетов до боязни клоунов. Соответственно, радиофобия - это боязнь всего, что имеет отношение к радиации.
Конечно, большую роль в «воспитании» радиофобии сыграл Чернобыль. Выкуривая сигарету, даже съедая изобилующие канцерогенами чипсы люди часто понимают, что вредят своему здоровью, но не боятся. Но радиация не имеет ни вкуса, ни цвета, ни запаха - ее природа страшит своей неизвестностью. Человек (теоретическ) может длительное время находится в поле действия источника мощного излучения и даже не подозревать об этом. Способ контролировать свой страх - идентифицировать его источник, «разложить по полочкам».
Зачем в нашу страну ввозят радиоактивные отходы из-за рубежа?
Ответ однозначный - в Россию радиоактивные отходы не ввозят. В отечественном законодательстве строго прописан запрет на ввоз радиоактивных отходов. Отходами называют те материалы, которые полностью выработали свой полезный ресурс, и единственное, что с ними остается сделать - перевести в экологически безопасное состояние и поместить в хранилище или могильник.
Отработавшее ядерное топливо (ОЯТ), которое часто путают с отходами, содержит слишком много ценных компонентов, чтобы можно было считать их к радиоактивными отходами. Но не все страны, где есть атомная энергетика, обладают сложными технологиями переработки ОЯТ, и поэтому не могут эти ценные компоненты извлечь - они вынуждены передавать отработавшее топливо тем, кто умеет с ним обращаться, например, Франции или Великобритании. Этот бизнес оказался весьма выгодным, и конкуренция в нем высока - пока ни одно из зарубежных государств не разместило заказ на переработку своего ОЯТ в нашей стране. Но даже если такое произойдет, радиоактивные отходы от переработки не останутся в России, а будут возвращены заказчику.
Есть ли польза от радиации?
В отличие от сигарет, радиация не только калечит, но и лечит. Лучевая терапия, по сути, и означает лечение заболеваний с помощью радиации. При этом одной из главнейших задач лучевой терапии является лечение злокачественных опухолей. И здесь ключом является особенность ионизирующего излучения наносить наибольший вред клеткам в период их митоза, то есть деления. Логика проста: клетки злокачественных образований очень интенсивно делятся, поэтому радиация для них гораздо более опасна, чем для окружающей здоровой ткани.
А вот другой факт (который, став известным, серьезно пошатнул мнение специалистов, утверждавших, что радиация опасна даже в самых малых дозах): было проведено исследование с лабораторными мышами, которых поместили в искусственно созданную среду с пониженным радиационным фоном. Выяснилось, что мыши, живущие в таких условиях, более подвержены заболеваниям по сравнению с контрольной группой. И хотя с людьми подобных экспериментов никто не проводил, результаты позволяют сделать предварительный вывод - большие дозы радиации вредны, но вообще без радиации нашим организмам (по крайней мере, организмам млекопитающих) тоже будет плохо!
http://www.russianatom.ru/faq