textarchive.ru

Главная > Конспект


Топливный цикл ядерной энергетики.

1-й этап. Начальная стадия топливного цикла – горнодобывающее производство, т.е. урановый рудник, где добывается урановая руда. Уран достаточно распространенный минерал. В земной коре его столько же, сколько цинка и свинца. Обычно уран встречается в виде соединения U3O8 , которого в руде содержится 0,3-1,0%. На этапе добычи представляет опасность для человека Урановая пыль и дочерние продукты урана, например газ радон опасны с точки зрения внутреннего облучения, т.е. при попадании в лёгки и желудок. Уран альфа-активен, поэтому опасен непосредственный контакт с живой тканью. Для защиты используются средства защиты кожи и дыхания. Население, проживающее в непосредственной близости от рудника должно соблюдать меры, описанные в 1.4. Используется практика сокращенных смен на тяжелых участках

добычи.

2-й этап.Переработка руды. В переработку входят процессы, позволяющие избавиться от пустой породы ( дробление, выщелачивание и т.д.). Предприятия по переработке урановой руды обычно располагаются рядом с рудниками. Опасность для персонала и населения аналогична 1-му этапу.

3-й этап.Обогащение урана. Производится на специализированных предприятиях газодиффузионным или центробежным способом. Конечным продуктом является порошок диоксида урана ( UO2 ), из которого уже можно производить топливо для реактора.

4-й этап. Изготовление топлива. Конструкционной основой ядерного топлива в

реакторе является тепловыделяющий элемент – ТВЭЛ ( см. 2.10 ). Для заполнения активной зоны реактора ( для достижения критической массы ) требуется ок. 50000

ТВЭЛов. Для удобства эксплуатации ТВЭЛы собираются в тепловыделяющие сборки (ТВС, более 160 шт.). В таком формате уран и работает в реакторе.

На 3-м и 4-м этапах цикла опасности аэрозольного воздействия подвергается только персонал предприятий.

5-й этап.Работа топлива в реакторе. Продолжительность «кампании», т.е. времени, которое топливо работает в реакторе составляет 3 года. Работа топлива описана в 2.10.

Если реактор правильно эксплуатируется, если в исправном состоянии биологическая защита реактора, то реактор не представляет опасности не для персонала станции, тем более для населения, проживающего в прилегающей местности. Опасность имеет потенциальный характер, т.е. она возникает при разрушении реактора ( см. 2.12 ). Чем продолжительнее время работы топлива в реакторе, тем больше в ТВЭЛах накапливается продуктов деления, которые представляют изотопы с атомной массой от

80 до 150, сильно перегруженных нейтронами, т.е.большой активностью. Кроме продуктов деления происходит накопление актиноидов, появившихся в результате взаимодействия нейтронов и урана. Всего в ТВЭЛах накапливается около 600 различных изотопов. В итоге активность топлива после 3-х лет работы в реакторе возрастает в несколько миллиардов раз (!). Другими словами, если только что изготовленный ТВЭЛ вы можете держать в руках, носить под мышкой и вообще делать с ним что угодно и сколько угодно и это будет не опасно, то , после того как тот же самый ТВЭЛ, проработав 3 года в реакторе, ни чуть не изменившись внешне, станет причиной вашей смерти, если вы будете с ним так же обращаться, как с новым.. Топливо, отработавшее в реакторе, называется облучённым, сокращённо ОЯТ.

6-й этап.Выгрузка топливаиз реактора и хранение его на АЭС. Отработавшее в реакторе топливо настолько активно, что после выгрузки из реактора с ним невозможно

производить какие-либо действия. Выгружается топливо роботами-манипуляторами. Выгруженные ТВС с отработавшим топливом помещаются на стеллажи в бетонный бассейн под 5-метровый слой воды. Расстояние между ТВС должно быть таким, чтобы не могла быть достигнута критическая масса и не возобновилась реакция. Использован-

ное топливо хранится в бассейне на АЭС 3 года. За это время его активность уменьшается более чем в 100 раз за счет распада короткоживущих изотопов, после чего появляется возможность для его вывоза с АЭС.

7-й этап.Перевозка отработавшего топлива на радиохимический завод для переработки. Перевозимое отработавшее топливо ещё очень активно и требует при перевозке особых мер безопасности. Для перевозки применяют специальные вагоны с толстыми металлическими стенами Их вес достигает 100 тонн, в то время как перевозимый груз состоит всего из нескольких ТВС и составляет 2-5% от веса контейнера.

8-й этап.Переработка отработавшего топлива. Извлечь из него оставшийся уран и снова сделать из него новые ТВЭЛы, извлечь наработанные в реакторе трансурановые

элементы, такие, как плутоний. Оставшиеся продукты деления подготовить к захоронению. Прежде чем приступить к этим сложнейшим операциям, необходимо ещё

снизить активность топлива. Для этого его снова выдерживают в течение 3 лет под слоем воды, теперь уже на радиохимическом заводе. Затем сборки с топливом прессуют с помощью пресса. После этого превращенные в тонкий лист ТВС режут на кусочки размером приблизительно 3х3 см, т.е. измельчают. Затем всю эту массу, состоящую из урана, наработанных актиноидов, продуктов деления, остатков циркониевых оболочек ТВЭЛов и ТВС, растворяют в концентрированной азотной кислоте и вся эта смесь переводится в жидкое состояние. После этого одним из способов производят отделение урана и плутония от остальных элементов, которые теперь приобретают название радиоактивные отходы. Уран и плутоний отправляют на завод для изготовления ТВЭЛов

и компонентов ядерного оружия.

9-й этап.Подготовка отходов к транспортировке и захоронению. Отходы, находя-

щиеся после 8-го этапа в растворе азотной кислоты отверждаются, затем остекловываются. После этого помещаются в специальные стальные контейнеры и отправляются к местам захоронения.

10-й этап.Захоронение отходов. Производится в сейсмически стабильных районах страны с малой плотностью населения ( Сибирь, о-ва С.Ледовитого океана и т.д.). Для захоронения используются старые шахты, другие капитальные подземные сооружения.

Имеются специальные «могильники», представляющие сложные инженерные сооружения. Контейнеры с отходами вних хранятся в специальных ячейках бессрочно.

2.14. Действия населения, проживающего вблизи объектов ядерной энергетики.

Население, проживающее в непосредственной близости от АЭС, АСТ, РХЗ и т.д., должны предвидеть возможные опасные ситуации, которые могут в связи с этим возникнуть и быть готовыми к грамотным действиям при их возникновении. Для этого

необходимо произвести ряд профилактических мероприятий в масштабе своей квартиры, семьи.

  1. Приобрести прибор для измерения уровня радиации ( любого типа) и ежедневно производить замер уровня радиации в квартире, около дома и других местах, где вы проводите много времени. При резком повышении обычного ( природного ) радиационного фона, немедленно выяснять, доступным вам способом, причины этого.

  2. У вас должны быть продуманы все вопросы, связанные с внезапной необходимостью экстренной эвакуации и эти вопросы должны быть согласованы с членами вашей семьи, друзьями, соседями. Этот ваш план, на случай чрезвычайных обстоятельств, не должен противоречить мероприятиям властей (МЧС) и должен учитывать реальные возможности, а также сезонные особенности, рельеф и другие особенности местности, где вы живёте.

  3. Все средства массовой информации и связи должны быть исправными и иметься в наличии:

- мобильный телефон ( заряжен и оплачен!);

- проводной телефон;

- радиоточка;

- телевизор;

- радиоприемник, в том числе портативный с диапазонами КВ и СВ с источниками питания.

4) Личный транспорт (автомобиль, мотоцикл, снегоход и т.д.) должен быть

готов к выезду в любое время. Кроме запаса горючего должны иметься

простейшие средства дезактивации и санитарной обработки ( веник, щётки,

ветошь, вода и т.д.). Обязательно наличие инструмента и приспособлений для

непредвиденного ремонта в дороге. Маршрут движения должен быть хорошо

продуман. Неплохо иметь карту и GPS.

5) Документы, деньги, драгоценности должны храниться так, чтобы не тратить

лишнего времени на их поиск, упаковку и т.д.

6) Необходимо иметь аптечку, в которой кроме обычных средств, которые берут

в поездку, поход и пр., должны быть препараты йода, кальция и другие сред-

ства, способствующие выводу радионуклидов из организма и защите от них.

7) Иметь средства защиты кожи, органов дыхания и желудка ( ОЗК, противогаз,

респиратор).

8) Иметь комплект одежды по сезону, способствующей выполнению защитных

функций.

9) Иметь запас воды и пищи на 3 дня, уложенный в рюкзак. Пища должна быть

консервированной в металлических банках, хлебные продукты в сухом виде

( галеты, хлебцы, печение, сухари). Вода в небьющейся таре, готовая к

употреблению без кипячения ( Ag, Cl и т.д.)

10) Иметь точные сведения, где вы будете укрываться, если экстренная эвакуация

при аварии АЭС будет сорвана или пройдёт с опозданием ( см. 1.3)

После аварии на АЭС, в случае разрушения корпуса ядерного реактора (см.2.12), всё

содержимое активной зоны реактора, под действием высокого давления и мгновен=

ного превращения теплоносителя в пар, будет рассеяно на значительной территории вокруг АЭС.. Пылеобразные, аэрозольные и парообразные компоненты окажутся унесёнными воздушными потоками на расстояние несколько десятков километров.

Эта ближняя зонане пригодна для жизни людей около 30 лет.

Это время периода полураспада наиболее опасных изотопов, входящих в состав про-

дуктов деления, цезия -137 и стронция-90, которых в отработавшем топливе 24% (!).

На большем расстоянии от аварийной АЭС количество радиоактивных веществ на

поверхности и в атмосфере значительно меньше, поэтому жизнедеятельность населе-

ния не прекращается, а проводятся мероприятия, направленные на нейтрализацию

влияния повышенной радиоактивности. Местные власти и организации ГОЧС планируют и организуют свою работу с учетом того, что на территории, находящейся в зоне ответственности находится чрезвычайно опасный объект. Федеральные и международные осуществляют постоянный мониторинг зоны АЭС.

2.15. Действие населения в ближней зоне радиоактивного заражения.

Единственным приёмом защиты в ближней зоне является экстренная эвакуация.

Для её обеспечения властями используется весь муниципальный транспорт, а также частный транспорт, привлекаемый для эвакуационных целей, согласно плана ГОЧС.

Если имеется личный транспорт, то человек, при желании, может воспользоваться им.

Экстренная эвакуация объявляется через систему оповещения ГОЧС и средства массовой информации. Население. при правильном выполнении требований 2.14. должно быть готово к экстренной эвакуации из опасной зоны.

В случае срыва или задержки эвакуации человек должен укрыться в сооружении, обеспечивающем ослабление гамма-излучения не менее 100 раз. На двери квартиры необходимо оставить записку, в которой указать точно расположение вашего укрытия.

Это делается для того, чтобы вас могли найти, когда эвакуация будет возобновлена.

Это не сложно, т.к. укрытием обычно служат подвалы домов, станции метро и т.д.

Эвакуация из ближней зоны неизбежна, т.к. большую часть веществ активной зоны реактора составляют долгоживущие изотопы, поэтому спад (снижение) радиации происходит очень медленно: через 3 года в 100-500 раз. Это позволяет производить различные работы в зоне, но не позволяет жить в обычном понимании этого слова. Даже через 30-50 лет местность требует дезактивации, рекультивации, постоянного радиационного и строгого медицинского контроля.

2.16. Действия населения в дальней зоне радиоактивного заражения.

В этой зоне не производится эвакуация, т.к. уровни радиации не высоки. Однако население должно понимать, что радионуклиды подвижны, т.к. входят в состав пыли,

которая постоянно перемещается воздушными потоками. Поэтому степень зараженности радиоактивными веществами может изменяться, как в объектовом масштабе, так и местном. Поэтому еще раз стоит подчеркнуть важность наличия прибора, который поможет вам объективно судить о степени опасности. Но есть

общие рекомендации для населения, живущего на таких территориях.

  1. Герметизация квартиры. Уплотнение оконных элементов. Уплотнение дверей. Заклеивание вентиляционных решеток.

  2. Ежедневная влажная уборка.

  3. Установка водопроводных фильтров.

  4. Выбивание верхней одежды и обтирание обуви.

  5. Частая смена нижнего и постельного белья. Ежедневная помывка под душем с мылом.

  6. Хранение продуктов в закрытой таре.

  7. Сократить время пребывания на открытом воздухе.

  8. Ежедневный замер уровней радиации в квартире и около дома.

  9. Ежедневное прослушивание местных новостей по радио и телевидению.

  10. Находясь на улице, избегать дорог с интенсивным движением и мест

с высокой запылённостью, не сидеть на скамейках, не прислоняться к стенам.

  1. В качестве одежды лучше использовать водоотталкивающую одежду с капю-

шенами, уплотнять рукава резинками, заправлять брюки в обувь, носить двойные колготки, шарфы, перчатки.

  1. Для защиты органов дыхания использовать ватно-марлевые повязки, респираторы и т.д.

2.17. Острая лучевая болезнь.

Если человек получит дозу облучения. значительно превышающую допустимую, у него

развивается тяжелое заболевание – острая лучевая болезнь (ОЛБ). ОЛБ является следствием утраты своих функций основных систем организма в результате гибели большого количества клеток (см. 1.3). Различают четыре степени ОЛБ:

Степень

Тяжесть

Доза ( Р)

Смертность ( % в мес)

1

Лёгкая

100 - 200

0

2

Средней тяжести

200 - 400

50

3

Тяжелая

400 - 600

100

4

Чрезвычайно тяжёлая

> 600

100% в короткое время

ОЛБ протекает в 4 этапа, продолжительность и тяжесть которых зависит от величины полученной дозы и индивидуальных особенностей организма больного.

1-й период. Первичная лучевая реакция.

Симптомы:

  1. Возбуждение, раздражительность.

  2. Рвота.

  3. Понос.

  4. Депрессия. Угнетённое состояние.

2-й период. Скрытый период.

Симптомы: Исчезают все или большинство симптомов.

3-й период. «РАЗГАР».

Симптомы:

  1. Частая рвота.

  2. Сильный понос ( более 10 раз в сутки). Сильные боли в животе (лучевой энтерит).

  3. Ангины. Пневмония. Высокая температура.

  4. Изменение клеточного состава крови ( результат поражения клеток костного

мозга).

  1. Поражение слизистой оболочки рта. Язвенно-некротический стоматит.

  2. Поражение кожных покровов ( дерматит ). Красные пятна, сыпь, язвочки.

  3. Внутренние кровотечения, вследствие разрушения стенок кровеносных сосудов

внутренних органов. Геморрагический синдром. О внутренних кровотечениях можно судить по кровянистым выделениям:

- желудочное - рвота с кровью

- лёгочное - мокрота с кровью;

- кишечное - кал с кровью;

- почечное - моча с кровью.

8) Общее заражение крови ( сепсис ). СМЕРТЬ. Причиной сепсиса является раз-

рушение сосудов и проникновение в них, а значит и в кровь, микрофлоры из

органов, в которых они находятся ( кишечник – кишечная палочка, легкие –

пневмококки и огромное количество других микроорганизмов)

  1. При дозах выше 600 Р начинается катаракта и поражение сетчатки глаз, что приводит к резкому ухудшению зрения. Происходит выпадение волос.

  2. При дозах выше 10000 Р наступает паралич ЦНС , что вызывает мгновенную смерть.

При 1-й и при 2-й (50%) степени происходит выздоровление, которому предшествует

4-й период. Восстановительный период. Он характеризуется постепенным исчезнове-

нием симптомов разгара, улучшением сна и аппетита, увеличением массы тела, улучшением настроения и интереса к жизни.

ОЛБ не проходит бесследно. Через некоторое время, иногда через несколько лет проявляются последствия болезни:

- онкологические заболевания (лейкозы, рак и др.)

- эндокринные заболевания ( бесплодие, заболевания щитовидной железы и пр.)

- генетические заболевания ( носят наследственный характер и могут проявляться

через несколько поколений.

    1. Медицинские средства профилактики и лечение ОЛБ.

В доврачебном арсенале не так много средств, которые могут дать ожидаемый эффект.

При угрозе облучения необходимо принимать препараты йода, кальция, радиозащитные вещества из индивидуальной аптечки АИ-2. При острой лучевой реакции необходимо принимать противорвотные средства. Если до начала разгара не удалось госпитализировать больного, то ему следует начать принимать антибиотики широкого спектра действия ( пенициллин, стрептомицин, ампициллин и др.). Необходим режим голодания, пить только воду. Принять все возможные меры для скорейшей госпитализации больного.

ВЫВОДЫ ПО МАТЕРИАЛАМ 2 ГЛАВЫ.

Необходимо смириться с тем фактом, что в ближайшие 50 лет человечество не

сможет использовать энергию термоядерного синтеза, а энергия, получаемая за

счет сжигания угля и нефти будет убывать по мере того, как будет заканчивать-

ся это топливо. Единственным источником получения электроэнергии останется

способ, рассмотренный в этой главе, со всеми достоинствами и проблемами, кото-

рые возникнут при аварии, теракте или стихийном бедствии.

Предприятия ядерного энергетического комплекса разбросаны по всей стране, а

дорожная сеть, по которой перевозится руда, ТВЭЛы, ОЯТ, ядерные отходы опу-

тывают всю территорию страну густой паутиной. Любая авария, диверсия или

другая ЧС может стать причиной смертельной опасности для населения.

Чтобы не оказаться застигнутым врасплох, человек должен иметь минимум све-

дений о процессах, происходящих при получении электроэнергии на АЭС, чтобы

прогнозировать возникновение опасных ситуаций, а при их возникновении суметь

их избежать. В случае, если избежать не удастся, человек должен выбрать такой

способ действий, который будет наиболее рациональным и безопасным.

Человек обязан уметь пользоваться средствами защиты и уметь использовать

различные сооружения и местность в качестве радиационных укрытий. Должен

уметь пользоваться приборами дозиметрического контроля и делать простейшие

расчеты.

Все эти рассуждения приобретают особое значение в условиях постоянной эска-

лации во всём мире террористической деятельности и вооруженных конфликтов.

Глава 3.

Оружие массового поражения.

ЯДЕРНОЕ ОРУЖИЕ.

Ядерное оружие – это оружие массового поражения, действие которого основано наиспользовании энергии ядерных реакций ( деления и синтеза ). Это наиболее мощный

вид оружия, поэтому его наличие рассматривается, как сдерживающий военный фактор

и как инструмент политического давления. Ядерным оружием владеют следующие стра-

ны: США, РФ, КНР, Англия, Франция, Израиль, Индия, Пакистан.

«Взрывчатым» веществом в ядерном заряде является уран-235 или плутоний-239 ( при

использовании реакции деления ) и дейтерид лития ( при использовании термоядерной

реакции синтеза ).

Несмотря на колоссальную мощность ядерного оружия, мощность ядерных зарядов изме-

ряется в тех же единицах, что и обычных – в тротиловом эквиваленте, т.е. мощность дан-

ного ядерного взрыва сравнивается с количеством обычного взрывчатого вещества, спо-

собного обеспечить такую же мощность. Поскольку мощность чрезвычайно велика, то и

эквивалентное количество обычного взрывчатого вещества , обычно, выражается цифрой

с 4-6 нулями, поэтому эти величины называются килотонны и мегатонны. Например:

ядерный заряд мощностью 100 килотонн равнозначен по мощности одновременному

взрыву 100000 тонн обычного взрывчатого вещества – тротила.

Первый и последний раз ядерное оружие было применено США против Японии в 1945 г.

Мощность зарядов составляла 12 килотонн в Хиросиме и 22 килотонны в Нагасаки.

Самый мощный в истории ядерный заряд был взорван на полигоне на Новой Земле в

СССР в 1961 году, его мощность была более 60 мегатонн (!).

Ядерный заряд, в котором используется реакция деления устроен следующим образом:

вся масса урана или плутония разделена на несколько частей, каждая из которых имеет

массу меньше критической. В момент подрыва заряда все эти части плотно соединяются

друг с другом. Их суммарная масса начинает превышать критическую и начинается реак-

ция деления ядер. Вещество в заряде представляет чистый делящийся изотоп, без приме-

сей, форма и плотность оптимальна для протекания реакции, поэтому коэффициент раз-

множения нейтронов >1. Реакция идёт лавинообразно и имеет характер взрыва. Начало

реакции можно инициировать путем резкого сжатия делящегося вещества, тем самым

уменьшить критическую массу. Критическую массу можно уменьшить почти в 2 раза,

если делящееся вещество окружить отражателем нейтронов из бериллия или урана-238.

В этом случае нейтроны не будут разлетаться из зоны реакции, что эквивалентно увели-

чению коэффициента размножения.

Если на АЭС такая же реакция растягивается на годы, путем установки коэффициента

размножения =1, то при ядерном взрыве та же энергия выделяется за время 10-20 сек. (!).

Ядерный заряд, в котором используется реакция синтеза лёгких ядер ( изотопов водоро-

да ), устроен следующим образом. Главным условием протекания реакции синтеза явля-

ется температура более 20 000 000оС. Только при такой температуре ядра изотопов водо-

рода могут слиться и образовать ядро гелия, в процессе чего выделяется ещё больше энер-

гии, чем при реакции деления ( прибл. в 3,5 раза ). Такую температуру можно получить с

помощью лазера или с помощью небольшой по мощности реакции деления. Для реакции

синтеза необходимы изотопы водорода – дейтерий и тритий. Поэтому в заряде использу-

ется соединение – дейтерид лития, содержащее дейтерий, а тритий получается из лития в

процессе реакции.

Ядерный взрыв – сложнейший физический процесс. Его сущность сводится к тому. что в

доли секунды, в очень ограниченном пространстве выделяется энергия, численно равная

энергии, необходимой для жизни миллионного мегаполиса в течение нескольких лет !

Энергия излучается в виде всего спектра электромагнитных и корпускулярных излучений.

Это вызывает разогрев области взрыва до десятков миллионов градусов, давление в этой

области достигает 1011Па. Это приводит к тому, что область взрыва становится источни-

ком сильнейшей ударной волны, обладающей колоссальной разрушительной силой, свето-

вого излучения, несущего значительную тепловую энергию, способную вызвать возго-

рания, расплавления, испарение и др. и, наконец, мощную проникающую радиацию, состо-

ящую из нейтронного и гамма излучения, смертельных для биологических объектов. А

нейтроны, кроме того, способны вызвать образование изотопов в окружающей среде и

привести к возникновению наведенной радиации. Если учесть, что все эти процессы про-

исходят одновременно, они, естественно, взаимодействуют между собой, усиливая своё

поражающее действие.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Философия Учебник / Под ред

    Список учебников
    д-р филос. наук, проф. О.А. Митрошенков - руководитель авторского коллектива (Предисловие, Введение, гл. 17, 20-22, 27); д-р филос. наук, проф. К.Х. Делокаров (гл.

Другие похожие документы..