 |
Атомные электростанции и экологические проблемы, возникающие при их эксплуатации
|
|
|
|
Экологические проблемы атомных электростанций
Екатеринбург 2007
Содержание
Введение 3
Атомные электростанции и экологические проблемы, возникающие при
их эксплуатации 4
Оценка риска от АЭС 7
Здоровье в зоне АЭС 10
Обеспечения радиационной безопасности 12
Судьба отработанного ядерного топлива 14
Последствий аварии на Чернобыльской АЭС в России 16
Заключение 20
Список литературы 21
Введение
Значительный рост мирового энергопотребления в XXI веке неизбежен, особенно в развивающихся странах. Глобальное потребление энергии, по всей видимости, удвоится к середине века, даже если исходить из очень низких темпов роста. Этот рост зависит от развития мировой экономики, роста населения и стремления к более равномерному распределению потребления энергии по регионам мира.
В ближайшие десятилетия углеводородное топливо будет продолжать служить главным источником энергии, однако освоенные его месторождения исчерпываются, а введение в оборот новых требует все больших инвестиционных затрат. Следствием этого должны стать постепенные изменения в инфраструктуре производства энергии, обусловленные как экономическими (повышение цен и их изменчивость), так и природоохранными факторами, а также дальнейшим развитием технологий новых видов топлива.
|
|
|
В последнее время большое внимание в международных дискуссиях уделялось экологическим последствиям использования ископаемого топлива. Введение глобальных ограничений на выбросы парниковых газов и региональные ограничения на другие загрязнители атмосферы серьезно повлияют на структуру эволюционирующей мировой энергетики и потребуют значительных дополнительных инвестиций для сдерживания роста выбросов.
Позитивному решению этих проблем будет способствовать развитие ядерной энергетики. Чтобы в глобальном масштабе существенно повлиять на производство энергии, обеспечить энергетическую безопасность и ослабление парникового эффекта, производство ядерной энергии должно быть увеличено к середине века в 4-5 раз от ныне достигнутого. Наличие ядерных мощностей такого масштаба поднимает очень важные вопросы ресурсной обеспеченности дешевым топливом, обращения с отходами и распространения ядерного оружия. Очевидно, что при дальнейшем развитии ядерной энергетики необходимо обеспечить также экономическую приемлемость и соблюдение критериев технической безопасности. Крупномасштабное развитие ядерной энергетики предполагает ее использование в большем числе стран, чем в настоящее время. Это, учитывая связанные с ядерной энергетикой проблемы безопасности и нераспространения, ставит дополнительные задачи в ее развитии.
Говоря об экономической приемлемости ядерной энергетики, следует помнить, что она занимает свою нишу среди производителей энергии. В настоящее время во многих странах она обеспечивает базовую электрическую нагрузку, а в России, кроме того, высвобождает для экспорта дополнительные объемы органического топлива. В перспективе ядерная энергия будет постепенно замещать природный газ в производстве тепла для технологических процессов, и в конечном счете обеспечит производство водорода из воды, что сохранит природное органическое сырье для неэнергетического применения. Кроме того, в перспективе будет освоено опреснение морской воды с использованием ядерной энергии.
|
|
|
В мире имеется достаточное количество ядерных материалов для обеспечения потребностей ядерной энергетики в топливе на многие десятилетия вперед, даже при работе в открытом цикле. Однако в дальнейшем она неизбежно столкнется с ограниченностью ресурсов дешевого урана. В связи с этим придется неминуемо реализовать замыкание топливного цикла и расширенное воспроизводство топлива при использовании в качестве сырья урана и тория. Внедрением таких инновационных ядерных технологий проблемы ресурсов ядерного топлива могут быть вообще сняты.
Исключительную важность имеет проблема обращения с большими объемами руды при добыче урана, отработанным топливом и высокорадиоактивными отходами. Сюда относятся работы по эффективным методам переработки отработавшего топлива, по сжиганию наиболее опасных актинидов и, возможно, долгоживущих продуктов деления.
Атомные электростанции и экологические проблемы, возникающие при их эксплуатации
С конца 1960-х годов начинается бум ядерной энергетики. В это время возникло две иллюзии, связанных с ядерной энергетикой. Считалось, что энергетические ядерные реакторы достаточно безопасны, а системы слежения и контроля, защитные экраны и обученный персонал гарантируют их безаварийную работу, а также считалось, что ядерная энергетика является «экологически чистой», т.к. обеспечивает снижение выброса парниковых газов при замещении энергетических установок, работающих на ископаемом топливе.
Иллюзия о безопасности ядерной энергетики была разрушена после нескольких больших аварий в Великобритании, США и СССР, апофеозом которых стала катастрофа на чернобыльской АЭС. Катастрофа в Чернобыле показала, что потери при аварии на ядерном энергетическом реакторе на несколько порядков превышают потери при аварии на энергетической установке такой же мощности, использующей ископаемое топливо. В эпицентре аварии уровень загрязнения был настолько высок, что население ряда районов пришлось эвакуировать, а почвы, поверхностные воды, растительный покров оказались радиоактивно зараженными на многие десятилетия. При этом в отношении чернобыльского выброса многое остается неизвестным, и риск здоровью населения от аварийных выбросов этой АЭС существенно занижен, т.к. в большинстве стран СНГ отсутствует хорошая медицинская статистика. Рядом исследователей США было установлено, что с мая по август 1986 года, наблюдался значительный рост общего числа смертей среди населения, высокая младенческая смертность, а также пониженная рождаемость, связанные не исключено с высокой концентрацией радиоактивного йода-131 из чернобыльского облака, накрывшего США.
|
|
|
За четыре летних месяца возросло количество смертей от пневмонии, разных видов инфекционных заболеваний, СПИДа по сравнению со средним числом смертей за этот период в 1983-85 годах. Все это с высокой статистически достоверной вероятностью связано с поражением иммунной системы чернобыльскими выбросами.
Такой же точной статистики нет и для большинства других стран, исключая Германию. На юге Германии, где чернобыльские выпадения были особенно интенсивными, младенческая смертность возросла на 35%.
Однако опасность ядерной энергетики лежит не только в сфере аварий и катастроф. Даже без них около 250 радиоактивных изотопов попадают в окружающую среду в результате работы ядерных реакторов. Эти радиоактивные частицы вместе с водой, пылью, пищей и воздухом попадают в организмы людей, животных, вызывая раковые заболевания, дефекты при рождении, снижение уровня иммунной системы и увеличивают общую заболеваемость населения, проживающего вокруг ядерных установок.
Департамент общественного здравоохранения штата Массачусетс с 1990 года установил, что у людей, живущих и работающих в двадцатимильной зоне АЭС «Пилигрим», около города Плимут, в 4 раза выше заболеваемость лейкемией, чем ожидалось. Статистически заметное увеличение случаев заболеваний лейкемией и раком обнаружено в окрестностях АЭС «Троян» в городе Портленд, штат Орегон. Заболеваемость лейкемией детей в поселке около британского ядерного центра в Селлафилде в 10 раз выше, чем в среднем по стране, и, несомненно, связана с его работой. Это стало известно в 1990 году, а недавно официально подтверждено Британским комитетом по радиологии.
|
|
|
Даже когда АЭС работает нормально, она обязательно выбрасывает изрядное количество радиоактивных изотопов инертных газов. Также как радиоактивный йод концентрируется в щитовидной железе, вызывая ее поражение, радиоизотопы инертных газов, в 70-е годы считавшиеся абсолютно безвредными для всего живого, накапливаются в некоторых клеточных структурах растений хлоропластах, митохондриях и клеточных мембранах. После установления этого факта, остается слово «инертные» всегда употреблять в кавычках, поскольку, конечно же, они оказывают серьезное влияние на процессы жизнедеятельности растений.
Радиоизотопы «инертных» газов вызывают и такой феномен как столбы ионизированного воздуха (свечки) над АЭС. Эти образования могут наблюдаться с помощью обыкновенных радиолокаторов на расстоянии в сотни километров от любой АЭС. Кто сможет утверждать, что все это никак не сказывается на состоянии и качестве окружающей среды, на миграционных путях птиц и летучих мышей, на поведении насекомых?
Одним из основных выбрасываемых инертных газов является криптон-85 бета-излучатель. Уже сейчас ясна его роль в изменении электропроводности атмосферы. Количество криптона-85 в атмосфере (в основном за счет работы АЭС) увеличивается на 5 % в год. Уже сейчас количество криптона-85 в атмосфере в миллионы раз (!) выше, чем до начала атомной эры. Этот газ в атмосфере ведет себя как тепличный газ, внося тем самым вклад в антропогенное изменение климата Земли.
Нельзя не упомянуть и проблему другого бета-излучателя, образующегося при всякой нормальной работе АЭС, трития, или радиоактивного водорода. Доказано, что он легко связывается с протоплазмой живых клеток и тысячекратно накапливается в пищевых цепочках. Кроме того, надо добавить загрязнение тритием грунтовых вод практически вокруг всех АЭС. Ничего хорошего от замещения части молекул воды в живых организмах тритием ждать не приходиться. Когда тритий распадается (период полураспада 12,3 года), он превращается в гелий и испускает сильное бета-излучение. Эта трансмутация особенно опасна для живых организмов, так как может поражать генетический аппарат клеток.
|
|
|
Еще один радиоактивный газ, не улавливаемый никакими фильтрами и в больших количествах производимый всякой АЭС, углерод-14. Есть основания предполагать, что накопление углерода-14 в атмосфере ведет к резкому замедлению роста деревьев. Такое необъяснимое замедление роста деревьев, по заключению ряда лесоводов, наблюдается, чуть ли не повсеместно на Земле. Сейчас в составе атмосферы количество углерода-14 увеличено на 25% по сравнению с до атомной эрой.
Но главная опасность от работающих АЭС - загрязнение биосферы плутонием. На Земле было не более 50 кг этого сверхтоксичного элемента до начала его производства человеком в 1941 году. Сейчас глобальное загрязнение плутонием принимает катастрофические размеры: атомные реакторы мира произвели уже много сотен тонн плутония – количество более чем достаточное для смертельного отравления всех живущих на планете людей. Плутоний крайне летуч: стоит пронести образец через комнату, как допустимое содержание плутония в воздухе будет превышено. У него низкая температура плавления – всего 640 градусов по Цельсию. Он способен к самовозгоранию при наличии кислорода.
Обычно, когда говорят о радиационном загрязнении, имеют в виду гамма-излучение, легко улавливаемое счетчиками Гейгера и дозиметрами на их основе. В то же время есть немало бета-излучателей (углерод-14, криптон-85, стронций-90, йод-129 и 130). Существующими массовыми приборами они измеряются недостаточно надежно. Еще труднее быстро и достоверно определять содержание плутония, поэтому если дозиметр не щелкает, это еще не означает радиационной безопасности, это говорит лишь о том, что нет опасного уровня гамма-радиации.
Наконец, важнейшей причиной экологической опасности ядерной энергетики и ядерной промышленности в целом является проблема радиоактивных отходов, которая так и остается нерешенной. На 424 гражданских ядерных энергетических реакторах, работающих во всем мире, ежегодно образуется большое количество низко-, средне- и высокорадиоактивных отходов. К этой проблеме отходов прямо примыкает проблема вывода выработавших свой ресурс реакторов.
Радиоактивное загрязнение сопровождает все звенья сложного хозяйства ядерной энергетики: добычу и переработку урана, работу АЭС, хранение и регенерацию топлива. Это делает атомную энергетику экологически безнадежно грязной. С каждым десятилетием открываются все новые опасности, связанные с работой АЭС. Есть все основания считать, что и далее будут выявляться новые данные об опасностях, исходящих от АЭС.
Оценка риска от АЭС
Риск есть вероятность причинения вреда. Количественно считать риск неблагоприятных последствий своих действий люди стали недавно, больше полагаясь на житейский опыт и интуицию.
Но при этом интуитивным, иррациональным остаётся восприятие риска – отношение людей и общества к риску. Восприятие риска связано не только с оценкой уровня риска, но зависит от многих других факторов: катастрофичности событий, знакомства людей с опасным явлением, пониманием явления простыми людьми, неопределённости последствий, контролируемости событий, добровольности принятия решений, воздействия на детей, обратимости событий, доверия к лицам, ответственным за риск, внимания СМИ, предшествующей истории, справедливости – равномерности распределения риска, пользы (выгоды) для рискующего, личной вовлечённости людей, происхождения риска (природный или от деятельности человека).
Простейший пример: гибель 33000 россиян в автомобильных авариях на дорогах страны в течение 2003 года воспринята населением без особых эмоций, но если бы гибель 33000 россиян произошла в один день 2003 года в одной аварии – отношение было бы совсем иное. С недавних пор надёжными количественными оценками риска заинтересовались страховые компании: сколько просить с нас за страховой полис, например, за полис автогражданки? Или сколько стоит страхование Балаковской АЭС от рисков аварий?
Доказательства безопасности – расчёты
Расчётные доказательства безопасности энергоблока строятся на исследовании поведения модели энергоблока или его основных частей в различных «расчётных» авариях. Заранее задаются критерии успешного завершения аварии – скажем, достижение устойчивого состояния при низких параметрах – температуре и давлении, при отсутствии расчётного повреждения топлива (т. е. расчётная температура топлива в процессе аварии не превысила критической отметки).
Есть расчётные модели особого рода, оперирующие не с параметрами, а с событиями, рассчитывающими не температуры и давления, а вероятности разных сложных событий. Соответственно, исходными данными служат вероятности простых событий – разных отказов оборудования или вероятности ошибок персонала.
Решения получаются в таком виде: если что-то на балаковском энергоблоке произойдёт, то с вероятностью примерно 99.989 % энергоблок будет безопасно остановлен, а с вероятностью 0.011 % топливо может быть повреждено.
Следует иметь в виду, что слова «если что-то произойдёт» означают какой-либо крупный отказ, требующий останова энергоблока, а такие события редки. Кроме того, повреждение топлива ещё не означает выхода радиоактивности в окружающую среду – топливо находится в реакторе с герметичным первым контуром, реактор расположен внутри специальной герметичной оболочки, препятствующей распространению радиоактивности наружу. И вероятность выхода радиоактивности в окружающую среду ещё в несколько раз ниже.
С учётом вероятности самого «если что-то произойдёт», для Балаковской АЭС рассчитаны риски причинения вреда имуществу (повреждение топлива и, возможно, оборудования), риски причинения вреда окружающей среде (выброс радиоактивности из-за повреждения топлива и прохода радиоактивности мимо гермооболочки), риски причинения прямого вреда жизни населения БМО (Балаковского муниципального образования).
Эти расчёты выполнялись специалистами двух московских институтов. При этом учитывались необходимые действия властей по защите населения.
Эти риски из-за их величины следует назвать остаточными. Они являются одними из немногих прямых количественных показателей безопасности АЭС.
Оценка "риска" в год для среднестатического жителя БМО
(Здесь приведена сравнительная характеристика усреднённых за 2000–2002 годы по фактическим данным «бытовых рисков» для жителей Балаковского муниципального образования (БМО) и прогноз «атомного риска» от Балаковской АЭС. Термины взяты в кавычки, поскольку это не строгое определение, а отношение числа летальных исходов за год к числу жителей БМО.)
Новообразования (спонтанный рак) - 0.0020
Туберкулёз - 0.00013
Несчастные случаи, всего - 0.0022
В том числе ДТП - 0.00019
Самоубийств - 0.00040
Убийств - 0.00035
Несчастных случаев с огнем - 0.00012
Утоплений - 0.00018
Отравлений алкоголем - 0.00014
"Атомный риск" - 0.00000002
Отсюда видно, в чём заключаются основные опасности нашей жизни.
В соответствии с нормами радиационной безопасности НРБ–99 (основанными на мировой практике) риск в одну миллионную считается приемлемым. У нас «атомный риск» ещё в 50 раз ниже.
Отсюда вывод: Балаковская АЭС удовлетворяет определению закона о техническом регулировании о безопасности – неприемлемый риск отсутствует.
Такого рода расчётам рисков посвящён так называемый вероятностный анализ безопасности – метод комплексной оценки безопасности. Комплексной – учитывающей всевозможные пути развития аварий, сопровождающихся отказами оборудования и ошибочными действиями людей.
Метод уже довольно широко применяется в атомной энергетике разных стран мира, особенно в США. Сегодня в России подобные методы начинают применяться и в оценке безопасности других производств – у нефтяников и химиков. Тем более что серьёзных оценок риска теперь требует закон.
Вероятностные модели объекта (например, энергоблока АЭС) и применяемые программные средства предоставляют много другой полезной информации.
Например, компьютер в считанные минуты даёт количественный ответ, как сильно влияет конкретный отказ оборудования или неправильное действие человека на риск повредить топливо в реакторе – можно сортировать отказы по важности и уделять больше внимания предупреждению важных отказов.
В США на многих АЭС учитывают в реальном времени, как влияют переключения в важных технологических системах на риск повредить топливо.
В соответствии с недавно утверждённой отраслевой программой работ на АЭС России тоже будет постепенно внедряться такой метод слежения за риском.
Оценка риска повредить топливо и риска упустить при этом радиоактивность в окружающую среду выполнена и для проекта достройки энергоблока № 5 Балаковской атомной станции.
Проектируемые изменения в системах безопасности в десять раз понизили риск. То есть на фоне четырёх энергоблоков пятый энергоблок не добавит в общий риск от АЭС практически ничего.
Здоровье в зоне АЭС
Недавно в отрасли стартовало интересное исследование - "Мониторинг состояния здоровья населения, проживающего в зоне наблюдения АЭС".
Его первые результаты, а также перспективы обсуждались на заседании Пятого научно-технического совета Минатома России ("Человек и экология в ядерно-топливном цикле. Проблемы ядерной и радиационной безопасности"). Отчетный доклад представили академик РАМН д.м. н. Л. А. Булдаков и к.м. н. П. В. Ижевский.
Мониторинг проводится в соответствии с Законом "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения" и приказом Федерального управления "Медико-биологических и экстремальных проблем", силами специалистов ГНЦ "Институт биофизики" на средства, выделяемые концерном "Росэнергоатом".
Принципы и методы мониторинга были разработаны на основе уникального опыта, накопленного в ГНЦ ИБФ, под методическим руководством академика РАМН Л. А. Ильина. Объект исследования - люди, проживающие рядом с атомными электростанциями в тридцатикилометровой зоне наблюдения. Смысл исследования - оценить, насколько влияет на их здоровье близость АЭС.
На первом этапе исследований была разработана концепция и программа проведения мониторинга, выбраны критерии и методы оценки здоровья людей, выявлены основные факторы окружающей среды, способные повлиять на здоровье людей, на основе современных информационных технологий создан единый банк данных для хранения и систематизации всей накопленной информации. Он состоит из медицинской и гигиенической баз данных. В первой содержатся сведения медицинской статистики и результаты обследований, во второй - сведения о радиационной обстановке и о наличии вредных химических веществ в ареале наблюдения.
Наблюдения ведутся в зоне расположения двух атомных станций - Калининской и Ростовской. Первая - работает долгие годы, вторая - недавно пущена. Ростовская АЭС, пуск которой был осуществлен после начала исследования, дала медикам уникальную возможность оценить так называемый "нулевой фон", то есть состояние здоровья населения в период, предшествующий началу эксплуатации энергоблока.
Исследование началось с изучения радиационно-гигиенической обстановки, уровня химических полютантов, оценки надежности показателей государственной статистики.
В ходе мониторинга специалисты ГНЦ "Институт биофизики" обследовали людей, а также собирали медицинские данные обследуемых за последние пять лет. Они изучали демографическую и медицинскую статистику - показатели рождаемости, смертности и заболеваемости в основной и контрольной группах населения. Основная группа - люди, проживающие в зоне наблюдения, контрольная - жители отдаленных от АЭС населенных пунктов, имеющих сходные климатические и демографические условия.
С особой тщательностью, методом углубленного медицинского обследования, изучалось состояние здоровья у наиболее чувствительных к воздействию радиации групп населения - детей, подростков, беременных. Предметом изучения было не только общее состояние здоровья, но и состояние критических систем организма, таких как кроветворная, эндокринная, репродуктивная.
В общей сложности исследованиями были охвачены 36 тысяч жителей Ростовской области и 75 тысяч жителей Калининской.
В ходе мониторинга определялся и такой важный параметр как частота врожденной и наследственной патологии, так называемый генетический груз. Частота наследственных болезней в популяциях - фундаментальный параметр, от которого отталкиваются при расчете оценок генетических последствий облучения. При проведении мониторинга специалисты ИБФ пользовались специально разработанным для популяционных исследований и получившим одобрение Всемирной организации здравоохранения протоколом. Он включает в себя целый комплекс исследований, направленных на выявление возможного влияния различных факторов на формирование наследственных болезней.
Исследования показали, что груз наследственных болезней у людей, живущих по соседству с АЭС, близок к среднему по России. Для серьезных выводов необходимо продолжить исследование и существенно расширить круг обследуемых лиц.
В рамках мониторинга изучался также уровень социально-психологической напряженности - "радиофобии" - среди населения.
Первые результаты исследования уже получены, но выводы пока делать преждевременно - для этого потребуются многолетние наблюдения. Однако некоторые результаты можно привести в качестве примера.
Так, стало очевидно, что проработавшая долгие годы Калинская АЭС не является существенным загрязнителем окружающей среды Удомельского района Калининской области, загрязнение атмосферного воздуха, наземных и подземных вод не связаны с ее деятельностью. На обеих станциях - и Калининской, и Ростовской - радиационная обстановка благоприятная. Содержание основных радионуклидов в пищевых продуктах растительного и животного происхождения и питьевой воде такое же, как в аналогичных продуктах других регионов страны, и составляет доли процентов от регламентируемых санитарными нормами и правилами.
Медики не обнаружили отрицательного влияния соседства АЭС на человеческий организм - показатели здоровья населения, проживающего радом со станциями, не хуже, чем у остальных россиян. А некоторые показатели даже лучше. Например, смертность детей до одного года в Удомле намного ниже, чем в целом по стране.
Исследование получило одобрение членов Пятого научно-технического совета - его признали актуальным и своевременным. Оно будет продолжено. Специалисты считают, что мониторинг полностью выполнит свою задачу, если наблюдения будут вестись в течение всего периода эксплуатации АЭС - для недавно пущенной Ростовской станции это возможно. При одном условии - если хватит средств.
|
|
|
12 |
