Атомная энергетика и ее экологические проблемы

На основе многочисленных достоверных фактов анализировать и привести выводы по следующим вопросам:

1. Существует ли опасность мирного атома?
2. Опасна ли атомная энергетика?
3. Загрязнение окружающей среды АЭС
4. Последствия Чернобыльской катастрофы

План урока

1. Развитие ядерной энергетики;
2. Последствия аварий на атомных электростанциях;
3. Радиоактивные отходы: современные проблемы и один из проектов их решения.

И твердит Природы голос:
В вашей власти, в вашей власти,
Чтобы все не раскололось
На бессмысленные части!
Л.Н.Мартынов

Энергетика – эта отрасль промышленности и народного хозяйства, занимающаяся получением, передачей, преобразованием и рациональным использованием энергии. От нее зависит состояние экономики любой страны. Сегодня проблема энергоснабжения стала одной из приоритетных. (слайд 1-3)

Постигая законы природы и используя научно-технический прогресс в своей практической деятельности, человек становится все более могущественным. Современному человеку все под силу. Но технический прогресс имеет и оборотную, «теневую» сторону – возрастает ущерб, наносимый природе: загрязняется атмосфера, на поверхности морей и океанов появляется губительная для водной флоры и фауны пленки нефти, все меньше остается лесов, некоторые виды техники в состоянии уничтожить на Земле все живое, в том числе и человека. Поэтому в наше время как, никогда раньше, приобретают важность нравственные аспекты использование природных ресурсов. Вопросы экологии, разумного, бережного отношения человека к природе – среде своего обитания.

С чего все начиналось: (слайд 5, 6)

С конца 1960-х годов начинается бум ядерной энергетики.

Атомные электростанции (АЭС) - электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Генератором энергии на АЭС является атомный реактор. АЭС, являющиеся наиболее современным видом электростанций имеют ряд существенных преимуществ перед другими видами электростанций. Об экономичности и эффективности атомных электростанций может говорить тот факт, что из 1 кг урана можно получить столько же теплоты, сколько при сжигании примерно 3000 т каменного угля.

АЭС практически не загрязняют среду, а энергетические ресурсы ядерного горючего (уран, плутоний и другие) существенно превышают энергоресурсы природных запасов органического, топлива (нефть, уголь, природный газ и другие). Это открывает широкие перспективы для удовлетворения быстро растущих потребностей в топливе.

АЭС не выбрасывают миллионы тонн отходов в идее золы, которые окружают современные электростанции, работающие на угле; они не дают выбросов оксидов серы и азота, угарного и углекислого газов, присущих ТЭС.

АЭС строятся с многократными дублирующими системами защиты.

Дата ввода первых мощностей АЭС по странам: (слайд 7)

В России имеется 10 атомных электростанций (АЭС), и практически все они расположены в густонаселенной европейской части страны. В 30-километровой зоне этих АЭС проживает более 4 млн. человек. (слайд 8)

Наиболее мощные АЭС в мире (слайд 9)

• Вместе с тем, развивая ядерную энергетику в интересах экономики, нельзя забывать о безопасности и здоровье людей, так как ошибки могут привести к катастрофическим последствиям.
• Всего с момента начала эксплуатации атомных станций в 14 странах мира произошло более 150 инцидентов и аварий различной степени сложности. Наиболее характерные из них:
• в 1957 г. – в Уиндскейле (Англия)
• в 1959 г. – в Санта-Сюзанне (США)
• в 1961 г. – в Айдахо-Фолсе (США)
• в 1979 г. – на АЭС Три-Майл-Айленд (США)
• А в 1986 г произошла трагедия, последствия которой до сих пор, наводят ужас на мировую общественность – это катастрофа на Чернобыльской АЭС (СССР) (слайд 10)

Во время аварии на блоке №2 АЭС США практически все радиоактивные вещества были удержаны в защитной оболочке. Ни персонал, ни население не подверглись облучению.  (слайд 11-16)

В результате аварии на Чернобыле от радиации и психологического стресса пострадали сотни тысяч людей. В результате взрыва четвертого блока ЧАЭС в окружающую среду попало около 7,4 тонн радиоактивного вещества. В первые недели основную опасность для населения представляло внешнее Гамма-излучение и наличие изотопа йода-131 в атмосфере. Действительно, данного изотопного анализа первых проб воздуха, воды и почвы, отобранных в первые дни после аварии, показали, что около 30% от общей активности приходилось на долю йода-131 (период полураспада – 8 суток). Кроме йода-131, в пробах были обнаружены изотопы бария-140, лантана-140, цезия-137, церия-134, рутения-103, циркония-95, теллура-132, церия-141, нептуния-239; а в ближайшей зоне, например, в зоне отселения – изотопы стронция-90, плутония-239 и плутония-240. В первое время наиболее опасным для человека, особенно для детей, было поступление в организм йода-131 с молоком и через органы дыхания.

Ощутимость последствий Чернобыльской катастрофы доказывают такие примеры, как-то, что 30 апреля 1986 года в г. Киеве (на проспекте Науки), был зафиксирован максимальный уровень радиации 2,2мР/ч.

Виды радиационных излучений: (слайд 17)

Союзный Госкоматом еще в 1987 году сравнил катастрофу на Припяти со взрывом 300 хиросимских бомб. Иностранные специалисты назвали другую цифру – 800 бомб. Не стоит спорить, кто из прав.

(слайд 18-22)

Очевидно одно: сотни видов изотопов были выброшены в воздух, окропили землю, отравили воду на огромных территориях. Согласно выводам и рекомендациям экспертов МАГЕТЭ причинами аварии служили: недостатки конструкции активной зоны реактора и недостатки в конструкции системы остановки реактора. Радиоактивное загрязнение местности вокруг станции привело к необходимости эвакуации 116 тыс. жителей из 186 населенных пунктов. Большие дозы облучения отдельных органов были обусловлены действием радиоактивного йода-131: из 1,5 млн. человек, проживавших в зоне радиоактивного загрязнения, порядка 1,2 млн. взрослого населения получило дозу внутреннего облучения щитовидной железы до 30 бэр; 150 тысяч человек – от 30 до 100 бэр; около 30 тысяч – более 100 бэр.

Коэффициент чувствительности ткани при эквивалентной дозе облучения: (слайд 23)

До аварии естественный радиационный фон в регионе ЧАЭС составлял 0,1 – 0,15 мкВ/ч (10 – 15 мкбэр/ч). Уровень радиации в городе Припяти до эвакуации не превышал 3 -4 бэр. Радиационный выброс, произошедший в результате аварии, состоял из 20% йода 131, 13% цезия-137, 10% цезия-134, 4% стронция-90 и другие. Радиационное воздействие на людей определялось в основном радиационным облаком, гамма-излучением загрязненной осадками поверхности земли и растительности, а также радионуклидами, попавшими в органы дыхания и пищеварительную систему. Более высокими были дозы облучения щитовидной железы у детей. По предварительным данным, степень поражения щитовидной железы у ребятишек, пребывавших на загрязненной радиацией Украине уже полтора миллиона.

(слайд 24-26)

Радиация может поразить не только сердце, печень и кровь человека, но и его мозг. «Чернобыльское слабоумие» проявилось не только у ликвидаторов, работавших на станции, но и у людей, никогда не бывших в радиационной зоне отчуждения. Эта болезнь поразила и взрослых, и детей, рожденных даже годы спустя после катастрофы.

В ходе обследования ликвидаторов в 1987 психиатры даже не предполагали, насколько серьезно радиация опасна для нейронов мозга. Ликвидаторы же вели себя «нестандартно»: жаловались на нарушение памяти и автоматизма письма, их сотрясали судороги, озноб, мучил страх смерти и сверлящие головные боли. Традиционным методам лечения они не поддавались. Чернобыль ударил и по малышам, родившимся годы спустя после аварии. Он догнал детей, появившихся в семьях ликвидаторов. Кроме психических отклонений, полной невозможности нормально учиться и неумения пользоваться своим интеллектом, радиация «одарила» малышей повышенной раздражительностью, их мучают головные боли. Такие дети почему-то ненавидят своих родителей, особенно отцов. Они часто отключаются на несколько секунд, а потом как ни в чем не бывало продолжают свои игры. Механизмы проявления этих признаков эпилептизации мозга ученым неизвестны.

В зону обязательного отчуждения наиболее пострадавшей от чернобыльской аварии входит и Полесский экологический радиационный заповедник.

Хотя он простирается в соседнем государстве – Белоруссии, с Ясевой горы возле деревни Масаны непосредственно рассматриваются Чернобыльский саркофаг, действующая АЭС и безжизненные пустые многоэтажки г. Припяти невооруженным глазом. Сегодня на Чернобыльской АЭС радиационный уровень составляет порядка 20мкР/ч, находится в пределах нормы. А возле деревни Массаны, всего в десяти километрах от Чернобыльской АЭС, стрелка прибора зашкаливает за 1000 мкР/ч. Однако это не самое «грязное» место в заповеднике.

(слайд 27-29)

Считается, что при радиационном уровне свыше 15 Ки на квадратный километр жизнь человека невозможна. Территория заповедника заражена от 15 до 1200 Ки/км². причем эта совсем не та радиация, которая поразила жителей гг. Хиросимы и Нагасаки. В богатых пойменных лугах, лесных массивах, заброшенных деревнях зловеще притаились долгоживущие радионуклиды – стронций, цезий, плутоний. Жизнь сюда не вернется ни через 100, ни через 500, а на отдельных участках заповедника – ни через 1000 лет.

(слайд 30-32)

После Хиросимы Чернобыль стал первой крупной мировой ядерной катастрофой. И если непосредственное отрицательное влияние на человека больших доз радиации, то каковы же отдаленные последствия? В первую очередь, это мутации в хромосомах, которые являются наиболее чувствительной к радиации частью клетки. Мутации, в свою очередь, приводят к различным стохастическим нарушениям живого организма. К последним в основном относятся рак и наследственные нарушения. Раковые опухоли могут появиться у облученных людей не сразу после аварии, а через долгие годы развиваясь иногда очень медленно, с длинным скрытым бессимптомным периодом.

Первым видом ракового заболевания, распространение которого началось через пять лет после Чернобыльской аварии, был рак щитовидной железы. Причина – большое количество в воздухе, в еде, в молоке коров радиоактивного йода, который попадал в организм человека и накапливался именно в щитовидной железе. Количество случаев этого вида рака на пострадавших территориях с начала девяностых годов возросло в сотни раз; известно уже около четырехсот случаев у облученных детей Белоруссии, двести пятьдесят – в Росси и около двухсот на Украине. Следующим видом рака, латентный период которого закончился через десять лет после аварии, стал лейкоз, возникновение которого связано с нарушением функций самого чувствительного к радиации органа – костного мозга.

Через 15-20-30-40 лет после Чернобыльской аварии, по аналогии с Хиросимой,

Медики ждут роста и других видов раковых заболеваний: рака молочных желез и легкого, желудка и кишечника. Не менее страшные последствия имеет облучение половых органов. С одной стороны, даже не очень большие дозы – 0,1Зв вызывает временную стерильность яичников у женщин.

Основная часть пострадавших получила дозы облучения меньше 0,1Зв, и тем не менее их дети имеют повышенный риск заболеваний из-за хромосомных мутаций в половых клетках. В Белоруссии за последние десять лет более чем на половину выросло количество пороков развития детей (в Гомельской области – на 81%).

Многие важные результаты получены в исследования, которые вошли в доклады Научного комитета ООН по действию атомной радиации. Например, определяя непосредственное влияние тех или иных доз радиации, ученые получили, что облучение мужчин дозой порядка 1,0 Зв вызывает появление до тридцати наследственных аномалий на каждые десять тысяч их потомков. Для женщин это число меньше – около двенадцати – из-за большой устойчивости их половых клеток к действию радиации. Конкретно для жителей Припяти (средняя доза 0,13Зв) это означает 7-46 дополнительных наследственных аномалий на десять тысяч их детей, для строителей саркофага (средняя доза 0,35 Зв)-17-121 случай, для сотрудников Чернобыльской АЭС (средняя доза 0,47 Зв)-24-166 случаев наследственных аномалий из-за радиации.

Были также определены размеры генетического риска, которые используют общую дозу облучения всех пострадавших в Чернобыльской аварии – 600 тысяч человек/Зв. По этим расчетам, ожидаемый генетический риск а первом поколении составит 1200-8300 случаев для всех пострадавших стран (в том числе 480-3300 случаев для государств, входивших в состав бывшего Советского Союза).

Результаты прогнозов, естественно, приближенны и весьма условны. Однако надо помнить, что эти расчеты учитывали только отдельные серьезные наследственные нарушения, которые составляют лишь 2,5% от всей выявленной в настоящее время наследственной патологии человека. Но эти цифры означают, что в первом поколении – двадцать лет спустя после Чернобыльской аварии – каждые три дня в Белоруссии, России и на Украине рождается больной ребенок, потому, что его отец или мать были облучены. Если дети облученных родителей, больные или здоровые, будут жить на загрязненных территориях и в течении своей жизни получат дополнительный к естественному уровень облучения, то у их детей будет еще больший риск наследственных заболеваний.

Авария реактора Чернобыльской АЭС ярко высветила значимость проблемы не только в практическом, но и в методологическом отношении.

Чем сегодня опасен Чернобыль? (слайд 33)

Из 2044 км² зоны отчуждения большая часть – 1856км² – загрязнена радиоактивным цезием, стронцием, плутонием. Полный распад плутония наступит через 23000 лет. Территория вокруг ЧАЭС загрязнена и трансурановыми элементами, период полураспада которых около 300 лет.

Построенный над четвертым энергоблоком «на скорую руку» саркофаг требует постоянного наблюдения и дополнительных мер защиты. (весной 1995 года, например, он «запылил» - стал трескаться, появилась угроза его разрушения. Очень опасны чернобыльские могильники. У многих из них нет защитных барьеров; траншеи просто засыпаны метровым слоем грунта. К тому же нет точных сведений, где, что и каких количествах захоронено, каковы физические и химические свойства спрятанных там радиоактивных материалов, а это затрудняет их надежную изоляцию. Весной в этих местах активно идут грунтовые воды, и это создает дополнительную опасность утечки радиации и просачивания ее в ручьи и реки.

Главные задачи:

1. Создать надежную защиту над четвертым энергоблоком;
2. Поддерживать в порядке старые могильники;
3. Создать новые временные кладбища техники, которая «набрала» предельные дозы облучения и стала опасна; сейчас технику эту закапывают в траншеи на 20 -30 лет, а потом будут выкапывать, перерабатывать и компоновать, уплотняя в плотные блоки, чтобы еще раз захоронить, но уже более надежно;
4. Продолжить дезактивацию и «отмывание» территории и всех объектов от радиации, которые ведутся все эти годы.

Радиоактивные отходы: современные проблемы и один из проектов их решения. (слайд 34-37)

Ядерная энергетика, широко используемая дала нашей стране много радиоактивных отходов; в основном это отработанное ядерное топливо реакторов АЭС и подводных лодок, а также надводных кораблей Военно-Морского Флота. Эти отходы накапливаются лавинообразно. К 2000 году накопилось 300тонн только от списанных атомных подводных лодок. Они представляют «чрезвычайную радиационную опасность для обширных районов России и сопредельных стран».

Несколько отечественных физико-технических институтов разработали проект их захоронения, в основу которого положены подземные ядерные взрывы. Предлагается производить их на острове Новая Земля, на глубине 600 метров в грунте вечной мерзлоты. Там, на бывшем атомном полигоне, имеются заброшенные выработанные шахты и штольни; их-то и можно специальным образом подготовить и разместить в них отработанные твэлы АЭС, реакторы лодок, отходы ядерных предприятий, загрязненные конструкции. Пространство между опасным «мусором» планируется заполнить материалом способным резко снизить излучение. Остальное сделает ядерный взрыв. После него на глубине 600-700 метров и в радиусе 3,5 км от входа в штольню должно образоваться стеклообразное вещество, которое явится хорошим барьером для ядерных излучений. В результате такого одного взрыва может быть превращено в стекловидную массу до ста тонн радиоактивных отходов.

Такой вариант был предложен в связи с тем, что пока у нас перерабатывается только 30% радиоактивного топлива на единственном заводе в г. Челябинске – 40, производительность завода 3000 т/год. А основной объем отходов лежит «мертвым», но опасным грузом в контейнерах на АЭС; переполнены отходами хранилища морского флота; более 600 тонн радиоактивного «мусора» осталось не выгруженным из реакторов списанных атомных подводных лодок.

(слайд 38)

• 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. Среди них:
• Криптон-85. сейчас количество криптона-85 в атмосфере в миллионы раз выше, чем до начала атомной эры. Этот газ в атмосфере ведет себя как тепличный газ.
• Тритий или радиоактивный водород. Загрязнение грунтовых вод происходит практически вокруг всех АЭС.
• Углерод-14.
• Плутоний. На Земле было не более 50 кг этого сверх токсичного элемента до начала его производства человеком в 1941 году.
• 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.

(слайд 39)

Альтернатива: (слайд 40, 41, 42)

ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА (слайд 40, 41, 42)

ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ (слайд 43, 44)

СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ (слайд 45, 46)

ПРИЛИВНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ (ПЭС) (слайд 47)

1. Сиборг Г., Корлисс У. Человек и атом (пер. с англ. М.: Мир), 1973.
2. Юдасин Л.С. Энергетика: проблемы и надежды: Книга для внеклассного чтения. М.: Просвещение, 1999
3. Журнал «Физика в школе» 1996. №2
4. Материалы из Интернета.