А) в углях различных месторождений:
Среднемировые концентрации; 2 – Интинское; 3 – Воркутинское;
Кузнецкое; 5 – Хакасское; 6 – Райчихинское; 7 – Нерюнгринское;
Ургальское; 9 – Харанорское; 10 – Чегдомынское; 11 – Лучегорское;
B) в угле Интинского месторождения и продуктах его сжигания.
С) Интинская ТЭС (внеший вид).
ЕРН уранового ряда при формировании техногенных соединений образуют в большинстве своем соединения, практически не отличающиеся от известных природных минералов. ЕРН ториевого ряда изучены не так подробно, но есть основания предполагать, что сформированные техногенные соединения тория будут отличаться от природных. Отметим, что торий и калий обычно связываются с неорганической фракцией, в то время как уран имеет тенденцию к связи с органикой, выбрасываемой в атмосферу с парогазовой фракцией, и концентрируется в аэрозолях.
При определенных условиях мобилизация ЕРН возможна даже на объектах с содержанием ниже кларка, поэтому в процессе добычи, переработки, использования и транспортировки радиоактивные элементы, содержащиеся в субкларковых количествах, могут накапливаться в окружающей среде и в дальнейшем представлять опасность для персонала и населения прилегающих территорий. При этом достаточно большие объемы добычи минерального сырья предопределяют значимое накопление суммарного количества ЕРН.
Ядерная энергетика
По состоянию на 2009 год в мире действовало 437 энергетических ядерных реактора, генерирующих почти 16 процентов мировой электроэнергии. Для обеспечения этих АЭС ядерным топливом необходимо ежегодно почти 4000 т природного урана.
|
|
|
При ядерных реакциях, происходящих в активной зоне реактора, выделяются радиоактивные газы: ксенон 133Xe (Т1/2 = 5 сут), криптон 85Kr (Т1/2 =10 лет), радон 222Rn (Т1/2 =3.8 сут) и другие. Эти газы поступают в фильтр-адсорбер, где теряют свою активность и только после этого выбрасываются в атмосферу. В окружающую среду поступает также некоторое количество изотопа углерода 14С и трития 3Н.
Другой источник родионуклидов, попадающих в окружающую среду от функционирующих АЭС, – дебалансная и техническая вода. ТВЭЛы, находящиеся в активной зоне реактора, часто деформируются, и продукты деления попадают в теплоноситель. Дополнительным источником радиации в теплоносителе являются РН, образующиеся в результате облучения материалов реактора нейтронами. Поэтому периодически вода первого контура обновляется и очищается от РН.
Чтобы не произошло загрязнение окружающей среды, вода всех технологических контуров АЭС включается в систему оборотного водоснабжения. Тем не менее, часть жидких стоков сбрасывают в водоем-охладитель, имеющийся при каждой АЭС. Этот водоем является слабопроточным бассейном (чаще всего это искусственное водохранилище), поэтому сброс в него жидкостей, содержащих даже малое количество радионуклидов, может привести к опасной их концентрации. Сброс жидких радиоактивных отходов в водоемы-охладители категорически запрещен Санитарными правилами. В них можно направлять только жидкости, в которых концентрация радиоизотопов не превышает допустимые нормы.
|
|
|
Наносят ли вред окружающей среде атомные электростанции? Опыт эксплуатации отечественных АЭС показал, что при правильном техническом обслуживании и налаженном мониторинге окружающей среды они практически безопасны. Радиоактивное воздействие на биосферу этих предприятий не превышает 2% от местного радиационного фона.
Выбросы АЭС на 99.9% состоят из инертных радиоактивных газов (ИРГ). В процессе деления образуется около 20 радиоизотопов криптона и ксенона, из которых основной вклад в ИРГ вносят изотопы криптона 88Kr (период полураспада 2.8 ч) и ксенона 133Хе (5.3 сут), 135Хе (9.2 ч) дающие различный вклад, в зависимости от типа реактора. На долю всех оставшихся радионуклидов (в основном это 131I, 60Co, 134Cs, 137Cs и тритий 3H) приходится менее одного процента. Еще в меньшем количестве наблюдаются выбросы небольшого количества продуктов коррозии реактора и первого контура и осколков деления ядер урана 51Cr, 54Mg, 95Nb, 106Ru, 144Cs. Для Российских АЭС в среднем в численном выражении это составляет на 1 ГВт·ч выработанной электроэнергии 5∙1012 Бк для ИРГ, и 4∙107 Бк для суммы всех остальных радионуклидов.
|
|
|
Большинство радионуклидов газоаэрозольных выбросов, включая ИРГ, имеют довольно небольшой период полураспада и без ущерба для окружающей среды распадаются, не успевая поступить в атмосферу. Тем не менее, для обеспечения безопасности по отношению к этим радионуклидам на АЭС, как правило, предусмотрена специальная система задержки газообразных выбросов в атмосферу.
Характер и количество газообразных радиоактивных выбросов зависит от типа реактора и системы обращения с этими отходами. В табл. 2 на примере трех АЭС разных поколений приведено сопоставление выбросов в окружающую среду основных изотопов.
Таблица 2
Сопоставление выбросов в окружающую среду основных изотопов
на примере трех АЭС (данные за 2010 г.)
| Радионуклид | Нововоронежская | Белоярская | Ленинградская
| |||||
| Всего | На 1 ГВт.ч | Всего | На 1 ГВт.ч | Всего | На 1 ГВт.ч | |||
| СУММА ИРГ | 4.2.1013 | 3.57.1012 | 5.47.1012 | 1.39.1012 | 2.29.1014 | 8.31.1012 | ||
| 131I | 2.2.108 | 1.87.107 | − | − | − | − | ||
| 60Co | 2.0.108 | 1.70.107 | 3.20.105 | 8.14.104 | 2.50.108 | 9.07.106 | ||
| 134Cs | 8.6.107 | 7.31.106 | − | − | 1.79.107 | 6.50.105 | ||
| 137Cs | 1.3.108 | 1.10.107 | 1.4.107 | 3.56.106 | 4.40.107 | 1.60.106 | ||
Наиболее опасным в выбросах современных АЭС считается тритий. Он может замещать водород во всех соединениях с кислородом, серой, азотом. А эти соединения составляют значительную часть массы животных организмов. Доказано, что он легко связывается протоплазмой живых клеток и накапливается в пищевых цепях. Распадаясь, тритий превращается в гелий и испускает β-частицы. Такая трансмутация должна быть очень опасна для живых организмов, т.к. при этом поражается генетический аппарат клеток. В организм человека 3Н поступает в виде газа и тритиевой воды 1Н3НО через легкие, кожу и желудочно-кишечный тракт. Газообразный 3H2 в 500 раз менее токсичен, чем сверхтяжелая вода 3H2О. Это объясняется тем, что молекулярный тритий, попадая с воздухом в легкие, быстро (примерно за 3 мин) выделяется из организма, тогда как тритий в составе воды задерживается в нем на 10 суток и успевает за это время передать организму значительную дозу радиации. Половина тритиевой воды выходит из организма каждые 10 дней.
Тепловые электростанции
В радиационном отношении гораздо более опасны тепловые электростанции, поскольку сжигаемые на них уголь, торф и газ содержат природные радионуклиды семейств урана и тория. Средние индивидуальные дозы облучения в районе расположения тепловых электростанций мощностью 1 ГВт/год составляют от 6 до 60 мкЗв/год, а от выбросов АЭС – от 0.004 до 0.13 мкЗв/год. Таким образом, АЭС при нормальной их эксплуатации являются экологически более чистыми, чем тепловые электростанции.
Наибольшую опасность представляют ТЭС, работающие на угле. Во время сжигания угля большая часть урана, тория и продуктов их распада выделяются из исходной матрицы угля и распределяются между газовой и твердой фракциями. Практически 100% присутствующего радона переходит в газовую фазу и выходит с дымовыми газами.
Кроме дымовых газов, к основным источникам поступления радионуклидов в окружающую среду при сжигании угля на электростанции относят вынос частиц угля с открытых площадок углехранилищ (углеунос) и золоотвал. При сгорании большая часть минеральной фракции угля плавится и образует стекловидный зольный остаток, значительная доля которого остается в виде шлака. Тяжелые частицы при этом попадают в золу, однако наиболее легкая часть золы, так называемая «летучая зола», вместе с потоком газов уносится в трубу электростанции. Удельная эффективность золы-уноса повышается с увеличением ее дисперсности. Высокодисперсная зола практически не улавливается оборудованием по очистке газов ТЭС, поэтому дымовые газы являются основным источником загрязнения от действия электростанций.
Например, в выбросах от Назаровской ТЭС содержатся в среднем 90% U, 76% Th и 60-88% Ra от их исходного содержания. Прибалтийская ТЭС, работающая на сланцах, выбрасывает в атмосферу с дымовыми выбросами до 90% урана, 28-60% радия и до 78% тория. В результате деятельности ТЭС вокруг нее образовалась зона повышенных концентраций ЕРН с радиусом примерно 40 высот труб станции, в которой произошло увеличение концентраций ЕРН для верхнего слоя почвы (3 см) на порядок. Концентрация ЕРН в факеле составляет: радия – до 50 мкБк/м3, тория – до 10 мкБк/м3 и урана – до 100 мкБк/м3 при фоне 1 мкБк в 1 м3 воздуха.
Суммарный выброс радионуклидов на угольных электростанциях, в среднем, составляет около 1,33∙1010 Бк на 1 ГВт·ч. В табл. 3 приведены среднегодовые выбросы радионуклидов ТЭС США в расчете на 1 ГВт.ч. Видно, что основную долю вносят изотопы радона, которые в сумме дают 1.2∙1010 Бк на каждый ГВт.ч электроэнергии.
Необходимо отметить, что в продуктах сгорания происходит концентрирование микроэлементов, в том числе и радионуклидов. Степень концентрирования зависит от многих факторов, в число которых входит первоначальная концентрация радионуклидов в угле. Зольность, способ сжигания и условия работы электростанции. Коэффициенты обогащения могут существенно различаться. Особенно интенсивно за счет термохимических процессов накапливается в золе изотоп 210Pb, так что его концентрация увеличивается в 5-10 раз. Известно, что свинец и его соединения токсичны. В частности, попадая в организм, свинец накапливается в костях, вызывая их разрушение.
Таблица 3
Среднегодовые выбросы радионуклидов тепловой станции
| Радионуклид | Бк/ГВт·ч | Период полураспада |
| 220Rn | 4.07·109 | 55.6 с |
| 222Rn | 8.14·109 | 3.8 сут |
| 238U | 5.55·107 | 4.5 млрд. лет |
| 234U | 5.55·107 | 245 тыс. лет |
| 226Ra | 4.44·107 | 1600 лет |
| 218Po | 1.41·108 | 3 мин |
| 214Pb | 1.41·108 | 27 мин |
| 214Po | 1.41·108 | 0.00016 с |
| 2l0Pb | 1.41·108 | 22 года |
| 2I0Po | 1.41·108 | 138 сут |
| 216Po | 8.88·1078 | 0.15 с |
| 212Pb | 8.88·107 | 11 час |
| 40K | 1.96·108 | 1.3 млрд. лет |
Летучая зола, выбрасываемая в воздух, представляет большую опасность из-за своей способности распространяться на значительные расстояния и проникать в легкие человека. Тонкие фракции летучей золы обогащены различными вредными веществами. Помимо радионуклидов, они содержат тяжелые металлы и микроэлементы Co, V, Cu, Zn, Cr, Ni, Cd, As, Be.
Рис. 3. Типичные золоотвалы
Рассеивание загрязнений с дымовыми газами происходит на большие площади, поскольку выбросы ТЭС в атмосферу осуществляются на высоте 100-300м. В качестве иллюстрации можно привести следующий факт. В большинстве случаев зона влияния промышленных предприятий не превышает 0.5-1.5 км.
Вблизи дорог такая зона составляет до 50 м, а нарушение или даже полная деградация растительного покрова вблизи ТЭС, особенно работающих на низкокачественных углях, наблюдается в радиусе 4-15 км. В снежном покрове в зоне влияния ТЭС, являющимся индикатором техногенного загрязнения, содержание радионуклидов может достигать значений: 40K – 22.2-45.3 Бк/л, 226Ra – 4-9 Бк/л, 232Th – 3,4-7,8 Бк/л.
Средние выбросы основных радионуклидов, плотность загрязнения территории и их содержание в атмосфере в районе расположения номинальной среднестатистической ТЭС представлены в табл. 4.
Таблица 4
Средние выбросы основных радионуклидов, плотность загрязнения территории и концентрация РН в воздухе в расчете на 1 ГВт.ч в районе расположения номинальной ТЭС
| Показатели | Радионуклиды | |||||
| 226Ra | 228Ra | 210Pb | 210Po | 232Th | 40K | |
| Годовой выброс, 1010 Бк | 1.96 | 1.11 | 8.14 | 7.40 | 1.96 | 19.61 |
| Плотность загрязнения территории, 107 Бк/км2 | 38.85 | 9.25 | 114.70 | 70.30 | – | 388.5 |
| Концентрация в воздухе, 10–8Бк/л | 6.29 | 4.07 | 14.80 | 14.43 | 6.29 | – |
В табл. 5 представлена оценка количества радионуклидов поступающих в атмосферу при сжигании такого угля на ТЭС-1 г. Северодвинска, работающей на угле Интинского месторождения Печорского угольного бассейна. Концентрация урана в этом угле существенно меньше средних мировых значений, не превышает кларкового содержания и составляет 0.5-0.7 г/т, тория – порядка 2.9 г/т.
Как показали проводившиеся по заказу Еврокомиссии исследования, мелкодисперсная угольная пыль ежегодно приводит к смерти около 300 тысяч европейцев. В России дополнительная смертность от проживания вблизи угольных ТЭС оценивается в 8-10 тыс. человек в год. В то же время, имеющиеся в разных странах данные свидетельствуют, что по реальному воздействию на человека атомная промышленность находится во втором десятке вредных факторов. На первом месте по показателям профзаболеваний находится угольная промышленность (20-50 заболеваний против 0.4-0.7 в атомной промышленности на 10000 работающих).
Средняя ТЭС требует около 6 млн. т угля в год. Громадное количество твердых отходов ТЭС не имеет никакой энергетической ценности, а изготовленное новое топливо из 50 т ОЯТ, расходуемых за год, позволяет заместить 2 млн. т угля, или 1.6 млрд. м3 газа, или 1.2 млн. т нефти.
Таблица 5
Поступление радионуклидов в окружающую среду при работе ТЭС-1 Северодвинска
на углях Интинского месторождения Печорского угольного бассейна
| Изотоп | Количество РН, поступающего в среду, Бк на 1 ГВт.ч | Всего | ||
| Углеунос | Золоотвал | Дым | ||
| 40K | 1.22.107 | 2.46.1012 | 3.15.105 | 2.46.1012 |
| 226Ra | 1.19.106 | 2.48.1011 | 3.45.104 | 2.48.1011 |
| 232Th | 1.41.106 | 2.51.1011 | 4.28.104 | 2.51.1011 |
| Всего | 1.48.107 | 2.96.1012 | 3.92.105 | 2.96.1012 |
Мировая статистика показывает, что добыча этих 6 млн. т угля обойдется в 24 человеческие жизни и 90 травм шахтеров.
В то же время, годовая доза дополнительного облучения для живущих вблизи АЭС почти в 20 раз меньше среднего естественного фона на поверхности Земли (1 мЗв/год). Риск от проживания вблизи АЭС оценивается в 7·10–7 (см. табл. 6).
Таблица 6
Индивидуальные годовые риски смерти для населения России
| Факторы риска | Подвержено, млн чел. | Риск |
| Все причины | 69 (мужчины) | 2.0·10-2 |
| Несчастные случаи | 69 (мужчины) | 3.3·10-3 |
| Сильное загрязнение окружающей среды | 15.2 | 10-3 |
| Проживание вблизи ТЭС, работающих на угле | 15-20 | 5·10-4 |
| Зона отселения ЧАЭС | 0.1 | 8·10-5 |
| Проживание вблизи НПЗ | 2.5 | 10-5 |
| Проживание в 30-км. зоне ГХК | 0.16 | 3·10-6 |
| Проживание вблизи АЭС | 0.3 | 7·10-7 |
Однако следует отметить, что только при нормальной эксплуатации АЭС, они в экологическом отношении чище тепловых электростанций на угле. При авариях АЭС могут оказывать существенное радиационное воздействие на людей и экосистемы. Даже при значительных авариях на электростанциях, таких, например как авария на Саяно-Шушенской ГЭС, их экологические последствия носят преимущественно локальный характер. Этого нельзя сказать об авариях на АЭС. И Чернобыльская катастрофа, и авария на японских АЭС в 2011 г. приобрели характер мировых катастроф. Поэтому право на существование атомная энергетика имеет только в случае обеспечения предельно высокого уровня безопасности её предприятий, недопущения какого либо выноса радиоактивных продуктов из технологического оборудования за пределы, ограниченные технологическими помещениями (барьеры безопасности) при любых обстоятельствах.
Дата добавления: 2020-11-23; просмотров: 142; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!