Развитие атомной энергетики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Учреждение образования “Брестский государственный университет

имени А.С. Пушкина”

Кафедра общей физики

КУРСОВАЯ РАБОТА

Развитие атомной энергетики

Брест, 2010

Оглавление

Введение

Из истории развития атомной энергетики

Мировой опыт развития атомной энергетики

Ресурсы атомной энергетики

Атомное оружие

Перспективы развития атомной энергетики в Беларуси

Заключение

Список используемой литературы

Введение

В конце тысячелетия, когда общество всё дальше продвигается по пути техногенного развития, развиваются уже существующие и зарождаются новые производственные отрасли, когда «высокие технологии» вошли практически в каждый современный дом и многие люди не могут представить жизни без них, мы более отчетливо видим неограниченность человеческих потребностей. Чем больше человечество создаёт, тем больше оно потребляет, в том числе такой важный ресурс, как энергия.

Энергия это основа основ. Все блага цивилизации, все материальные сферы деятельности человека от стирки белья до исследования Луны и Марса требуют расхода энергии. И чем дальше, тем больше.

На сегодняшний день энергия атома широко используется: строятся мощные подводные лодки и надводные корабли с ядерными энергетическими установками. С помощью мирного атома осуществляется поиск полезных ископаемых. Массовое применение в биологии, сельском хозяйстве, медицине, в освоении космоса нашли радиоактивные изотопы.

Вклад в мировой процент добычи энергии тепловой, а тем более атомной энергии, заметен и очень важен.

Развитие атомной энергетики - вопрос очень актуальный. Поэтому именно так звучит моя курсовая работа.

Из истории развития атомной энергетики

Опыт прошлого свидетельствует, что проходит не менее 80 лет, прежде чем одни основные источники энергии заменяются другими: дерево заменил уголь, уголь - нефть, нефть - газ, химические виды топлива заменила атомная энергетика. История овладения атомной энергией (от первых опытных экспериментов) насчитывает около 70 лет, когда в 1939 году была открыта реакция деления урана [6].

В 30-е годы нашего столетия известный учёный И.В. Курчатов обосновал необходимость развития научно-практических работ в области атомной техники в интересах народного хозяйства страны. В 1946 году в России был сооружён и запущен первый на Европейско-Азиатском континенте ядерный реактор. Создаётся уранодобывающая промышленность. Организовано производство ядерного горючего - урана-235 и плутония-239, налажен выпуск радиоактивных изотопов.

В августе 1949 года в СССР была успешно испытана атомная бомба [6].

20 декабря 1951 года ядерный реактор впервые в истории произвёл пригодное для использования количество электроэнергии - в нынешней Национальной Лаборатории INEEL департамента энергии США. Реактор выработал мощность, достаточную для того, чтобы зажечь четыре 100-ватных лампочки.

Первая в мире АЭС опытно-промышленного назначения мощностью 5 МВт была запущена в СССР 27 июня 1954 году в городе Обнинске Калужской области и благополучно функционировала на протяжении 50 лет. До этого энергия атомного ядра использовалась преимущественно в военных целях. Пуск первой АЭС ознаменовал открытие нового направления в энергетике, получившего признание на 1-й Международной научно-технической конференции по мирному использованию атомной энергии (август 1955, Женева) [1].

Через три года после запуска первой в мире АЭС на океанские просторы вышло первое в мире атомное судно - ледокол “Ленин”.

В 1958 году была введена в эксплуатацию 1-я очередь Сибирской АЭC мощностью 100 МВт (полная проектная мощность 600 МВт). В том же году развернулось строительство Белоярской промышленной АЭС, а 26 апреля 1964 года генератор 1-й очереди (блок мощностью 100 МВт) выдал ток в Свердловскую энергосистему, 2-й блок мощностью 200 МВт сдан в эксплуатацию в октябре 1967 года. В сентябре 1964 года был пущен 1-й блок Нововоронежский АЭС мощностью 210 МВт. Первый блок Нововоронежской АЭС был построен не только для промышленного пользования, но и как демонстрационный объект для показа возможностей и преимуществ атомной энергетики, надёжности и безопасности работы АЭС. В декабре 1969 года был пущен второй блок Нововоронежской АЭС (350 МВт) [5].

На 3-й Международной научно-технической конференции по мирному использованию атомной энергии (1964, Женева) было отмечено, что широкое освоение ядерной энергии стало ключевой проблемой для большинства стран. Состоявшаяся в Москве в августе 1968 года 7-я Мировая энергетическая конференция (МИРЭК-VII) подтвердила актуальность проблем выбора направления развития ядерной энергетики на следующем этапе (условно 1980--2000 года), когда АЭС станет одним из основных производителей электроэнергии.

Начиная с 1970 года во многих странах мира осуществляются масштабные программы развития ядерной энергетики.

В 1973 году пущена Ленинградская АЭС.

Уже в 1986 году выработка электроэнергии на АЭС мира достигала 15% от общего количества энергии, производимой всеми электростанциями, а в ряде стран её доля составила 30% (Швеция, Швейцария), 50% (Бельгия) и даже 65-70% (Франция). Достаточно успешно атомная энергетика развивалась и на территории бывшего Советского Союза: строились АЭС, наращивалась минерально-сырьевая урановая база.

Чернобыльская АЭС должна была стать самой крупной АЭС в мире и состоять из шести 1000 МВт блоков типа РБМК и шести 1500 МВт блоков типа ВВЭР. В 1970 году были заложены первые кирпичи Чернобыльской АЭС, а в 1977 энергоблок № 1 был сдан в эксплуатацию. В 1978 году был пущен блок № 2 , а в 1983 и 1984 годах блоки № 3 и № 4 соответственно. В 1981 году в 1,5 километрах к юго-востоку от станции началось строительство пятого и шестого блоков, а вдоль реки Припять был построен охладительный бассейн площадью 21,4 , глубиной пять метров для первых четырёх блоков [7].

Произошедшая в 1986 году Чернобыльская авария, помимо колоссального общего ущерба людям, народному хозяйству страны, нанесла тяжёлый удар по ядерной энергетике в целом и, прежде всего, по развивающейся в бывшем СССР, где стало формироваться общественное мнение о необходимости полного запрещения строительства новых и ликвидации действующих АЭС. Однако всесторонний анализ перспектив развития мировой энергетики однозначно показал, что реальных альтернатив у других видов энергии по отношению к атомной энергетике в обозримом будущем, по существу, нет при обязательном условии, что проектирование и строительство АЭС осуществляется с многократным запасом прочности, с обеспечением их полной безопасности. Именно по такому пути развивается в настоящее время атомная энергетика в высокоразвитых странах: во Франции, Бельгии, в сейсмоактивной Японии, США и других.

За рубежом первая АЭС промышленного назначения мощностью 46 МВт была введена в эксплуатацию в 1956 году в Колдер-Холле (Англия). Через год вступила в строй АЭС мощностью 60 МВт в Шиппингпорте (США) [5].

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 году - в Уиндскейле (Англия), в 1959 году - в Санта-Сюзанне (США), в 1961 году - в Айдахо-Фолсе (США), в 1979 году - на АЭС Три-Майл-Айленд (США), в 1986 году - на Чернобыльской АЭС (СССР) [1].

В 1990 году атомными электростанциями мира производилось 16% электроэнергии. Такие электростанции работали в 31 стране и строились ещё в 6 странах. Ядерный сектор энергетики наиболее значителен во Франции, Бельгии, Финляндии, Швеции, Болгарии и Швейцарии. Эти страны производят от четверти до половины своей электpоэнеpгии на АЭС. США производят на АЭС только восьмую часть своей электpоэнеpгии, но это составляет около одной пятой её мирового производства.

Уже к концу 20 века мощность АЭС во всем мире достигла около 327 млн кВт и возрасла, по данным МАГАТЭ, к 2005 году до 447 млн кВт.

На начало 2004 года в мире действовало 441 энергетический ядерный реактор.

Крупнейшая в мире АЭС Касивадзаки-Карива по установленной мощности (на 2008 год) находится в японском городе Касивадзаки префектуры Ниигата - в эксплуатации находятся семь реакторов, суммарная мощность которых составляет 8,212 тыс. МВт.

Мировой опыт развития атомной энергетики

В мире почти 1,7 млрд. человек не имеют доступа к электроэнергии, и прогнозные показатели числа людей, которые не будут иметь доступа к ней до 2030 года, остаются для ряда регионов мира высокими. При этом население Земли растёт. Ожидается, что к 2050 году оно достигнет 8-10 млрд. человек.

Энергопотребление на планете растёт с каждым годом при одновременном истощении разведанных сырьевых ресурсов, удорожании их добычи и транспортировки. По прогнозам, к 2030 году мировые энергетические потребности увеличатся не менее чем на 50-60%.

Атомная энергетика является одним из основных мировых источников энергообеспечения. По данным Международного агентства ООН по атомной энергии (МАГАТЭ), более 18% электроэнергии, вырабатываемой в мире, производится на ядерных реакторах.

МАГАТЭ создано в 1957 году по решению Генеральной Ассамблеи ООН в целях развития международного сотрудничества в области мирного использования атомной энергии. Республика Беларусь является одним из государств - основателей МАГАТЭ. Штаб-квартира Агентства находится в городе Вене (Австрия). В организацию входит 144 государства. Основной уставной целью МАГАТЭ является стремление к достижению более скорого и широкого использования атомной энергии для поддержания мира, здоровья и благосостояния во всём мире.

Развитие мирной ядерной энергетики началось в 1954 году с введения в эксплуатацию первой атомной электростанции в городе Обнинске (бывший СССР ) [1].

Авария на Чернобыльской АЭС замедлила темпы развития ядерной энергетики: некоторые страны объявили мораторий на строительство новых АЭС. Понадобилось время для повышения безопасности действующих атомных электростанций и разработки более безопасных атомных реакторов.

К настоящему времени атомная энергетика успешно преодолела кризис и смогла продемонстрировать свою жизнеспособность, экологическую привлекательность и возможность безопасного и конкурентоспособного обеспечения энергопотребностей общества.

Только в 2000-2005 годах в строй было введено 30 новых реакторов.

Сегодня в мире насчитывается около 440 ядерных реакторов общей мощностью свыше 365 тыс. МВт, которые расположены более чем в 30 странах. Основные генерирующие мощности сосредоточены в Западной Европе и США.

В первую пятёрку государств, которые большую часть своих потребностей в электроэнергии удовлетворяют за счёт АЭС, входят Литва (80,6%), Франция (77%), Словакия (57,8%), Бельгия (56%) и Швеция (49,2%).

Атомные станции работают в 15 из 27 стран - членов Евросоюза и производят около трети вырабатываемой в ЕС электроэнергии.

Наибольшим количеством ядерных энергоблоков располагают США (104), Франция (59), Япония (53), Россия (30) и Великобритания (27). В десятке самых богатых стран мира только Италия не имеет своих АЭС, успешно пользуясь французскими.

Основным элементом атомной электростанции является ядерный реактор - источник энергии на ядерном топливе, в котором под действием свободных нейтронов осуществляется управляемая цепная реакция деления тяжёлых ядер (ядерного топлива) [2].

Энергоблок на атомной электростанции включает в себя реактор, парогенераторы, турбины и служит для преобразования энергии ядерного топлива в электрическую [3].

На атомных электростанциях устанавливается, как правило, 2-6 энергоблоков, в зависимости от необходимой потребности в электроэнергии.

Сегодня в 12 странах строится 29 реакторов общей мощностью около 25 тыс. МВт.

Большая часть выбросов в атмосферу происходит при сжигании органического топлива. В результате эксплуатации, например, угольных электростанций в атмосферу ежегодно попадает около 24 млрд. т. углекислого газа.

В отличие от электростанций, работающих на органическом топливе, АЭС не выбрасывают в атмосферу загрязняющих веществ, которые негативно влияют на здоровье людей.

Эксперты МАГАТЭ подсчитали, что если одновременно закрыть все действующие АЭС, то их замещение тепловыми электростанциями приведёт к дополнительным выбросам в атмосферу свыше 600 млн. т. углекислого газа в год.

О том, что АЭС наносят значительно меньший вред окружающей среде, чем теплоэлектростанции, свидетельствует пример Франции - лидера в использовании атомной энергии и самого крупного её экспортера. В этой стране показатель выбросов в атмосферу связанных с энергетикой парниковых газов - один из самых низких среди развитых стран: 1,68 т на жителя Франции против 2,4 т в Великобритании, 2,8 т - в Германии, 5,6 т - в США.

Вероятность тяжёлых аварий на АЭС нового поколения практически сведена к нулю. Многоуровневые системы безопасности современных реакторов не позволяют техническим сбоям перерасти в серьёзные повреждения ни при каких обстоятельствах, даже в случае гипотетической аварии с расплавлением активной зоны реактора.

Внутренняя металлическая оболочка защищает окружающую среду и людей от радиации, а наружная предохраняет реактор от нежелательного воздействия извне. Реактор не пострадает в случае землетрясения, урагана, наводнения, взрыва и даже падения самолета.

Кроме активных систем безопасности, энергоблоки нового поколения оснащены пассивными системами, для приведения в действие которых не требуется вмешательство оператора и подвод энергии. Их безопасность основана на многобарьерной защите, предотвращающей выход радиоактивных продуктов деления в окружающую среду. Первым барьером является топливная таблетка, которая задерживает 98% радиоактивных продуктов деления; второй барьер - герметичная оболочка тепловыделяющего элемента; третий - прочный корпус реактора, толщина стенок которого достигает 25 см и более; четвертый барьер - герметичная защитная оболочка, предотвращающая выход радиоактивности в окружающую среду (представляет собой конструкцию из двух концентрически расположенных прочных оболочек, одновременное повреждение которых практически исключается).

Роль защитной оболочки видна из сравнения последствий двух крупных аварий на АЭС - на американской Три-Майл-Айленд (28 марта 1979 года) и на 4-м блоке Чернобыльской АЭС (26 апреля 1986 года) [8]. В обоих случаях вследствие ошибочных действий персонала произошло расплавление активной зоны ядерных реакторов, однако поскольку энергоблоки американских станций находились под защитной оболочкой, то авария на этой АЭС была лишь аварией на данном энергоблоке и не носила глобального характера.

Ядерное топливо имеет в миллионы раз большую концентрацию энергии и неисчерпаемые ресурсы, а отходы атомной энергетики - относительно малые объёмы и могут быть надёжно локализованы.

Один грамм урана даёт столько же энергии, сколько 3 тонны угля. Объёмы ядерных отходов, образующихся в ходе нормальной работы АЭС, весьма незначительны, причём наиболее опасные из них можно «сжигать» прямо в ядерных реакторах [4].

По экспертным оценкам МАГАТЭ, к 2020 году предполагается строительство до 130 новых энергоблоков (по некоторым оценкам, их количество будет значительно больше) общей мощностью 430 тыс. МВт.

В Азиатско-Тихоокеанском регионе по перспективным планам лидирует Китай, который к 2020 году собирается увеличить мощности своих АЭС в 4 раза, построив 20-30 новых реакторов. В этой стране строительство атомных станций началось в 1970 году и сейчас успешно развивается, основываясь на французских, канадских и российских технологиях. В настоящее время в Китае в эксплуатации находятся 11 энергоблоков АЭС на шести площадках.

Второе место занимает Индия, которая предполагает к 2020 году значительно увеличить производство электроэнергии, чтобы сохранить темпы своего экономического развития. В стране эксплуатируется 14 ядерных реакторов и принято принципиальное решение о возведении ещё 8 новых с привлечением иностранных компаний.

Масштабное строительство атомных станций возобновляется в США: Министерство энергетики намерено к 2050 году увеличить количество ядерных энергоблоков в стране до 300 (в настоящее время - 104).

Атомная энергия является главным энергетическим ресурсом Японии. Правительство этого государства не видит ей альтернативы с точки зрения стабильного энергообеспечения экономики и населения. В Японии действуют 53 ядерных реактора суммарной мощностью более 44 тыс. МВт. Два реактора находятся в стадии завершения строительства, для восьми подобраны места возведения (их планируется ввести до 2015 года). По прогнозам, суммарная электрическая мощность атомных электростанций в Японии после ввода в строй новых энергоблоков достигнет 70 тыс. МВт.

Положительные тенденции в развитии ядерной энергетики наметились и в государствах Евросоюза. Так, Швеция решила «продлить жизнь» своих АЭС с 40 до 60 лет и ввести мораторий на программу прогрессивного отказа от ядерной энергии.

Британское правительство намерено удвоить долю АЭС в производстве электроэнергии и обратилось к частному сектору с призывом развивать, строить и эксплуатировать новое поколение ядерных реакторов в 2015-2020 годах.

В Германии всё чаще поднимается вопрос о пересмотре энергетической политики, направленной на отказ от АЭС.

Выбор в пользу атома, сделанный Францией сразу после нефтяного шока 1973 года, превратил ее в одну из крупнейших ядерных держав мира. Уровень энергетической независимости страны сегодня близок к 50%.

В рамках Программы развития атомной энергетики Россия планирует увеличить долю ядерной энергетики в народнохозяйственном комплексе государства почти в 2,5 раза за счёт ввода до 2030 года почти 40 новых блоков. До 2020 года в Российской Федерации построят четыре новые атомные электростанции. Возведение АЭС планируется в Тверской, Нижегородской и Челябинской областях, а также либо в Ярославской, либо в Костромской областях.

На данный момент в управлении государственного предприятия «Росэнергоатом» находятся 10 АЭС общей мощностью свыше 20 тыс. МВт. По оценкам специалистов, выполнение указанной программы позволит к 2020 году увеличить долю производства электроэнергии на АЭС до 20-30% в целом по стране и до 25-40% - в европейской части России.

Стратегия развития атомной энергетики Украины предусматривает до 2012 года рост производства электроэнергии. В Украине эксплуатируется 15 энергоблоков на Запорожской, Южно-Украинской, Ровненской и Хмельницкой АЭС. Рассматриваются предложения по строительству четырёх-пяти новых энергоблоков.

Серьёзно рассматривают развитие атомной энергетики и ряд других государств, не имеющих собственной атомной генерации: Италия, Польша, Турция, Египет, Марокко, Чили, Нигерия, Бангладеш, Индонезия, Вьетнам, Таиланд, Австралия, Новая Зеландия.

Ресурсы атомной энергетики

атомный энергетика станция

Естественным и немаловажным представляется вопрос о ресурсах самого ядерного топлива. Достаточны ли его запасы, чтобы обеспечить широкое развитие ядерной энергетики? По оценочным данным, на всём земном шаре в месторождениях, пригодных для разработки, имеется несколько миллионов тонн урана. Вообще говоря, это не мало, но нужно учесть, что в получивших ныне широкое распространение АЭС с реакторами на тепловых нейтронах практически лишь очень небольшая часть урана (около 1%) может быть использована для выработки энергии. Поэтому оказывается, что при ориентации только на реакторы на тепловых нейтронах ядерная энергетика по соотношению ресурсов не так уж много может добавить к обычной энергетике - всего лишь около 10%. Глобального решения надвигающейся проблемы энергетического голода не получается.

Совсем иная картина, иные перспективы появляются в случае применения АЭС с реакторами на быстрых нейтронах, в которых используются практически весь добываемый уран. Это означает, что потенциальные ресурсы ядерной энергетики с реакторами на быстрых нейтронах примерно в 10 раз выше по сравнению с традиционной (на органическом топливе) [4].

Итак, применение реакторов на быстрых нейтронах значительно расширяет топливную базу ядерной энергетики. Однако может возникнуть вопрос: если реакторы на быстрых нейтронах так хороши, если они существенно превосходят реакторы на тепловых нейтронах по эффективности использования урана, то почему последние вообще строятся? Почему бы с самого начала не развивать ядерную энергетику на основе реакторов на быстрых нейтронах?

Прежде всего следует сказать, что на первом этапе развития ядерной энергетики, когда суммарная мощность АЭС была мала и U 235 хватало, вопрос о воспроизводстве не стоял так остро. Поэтому основное преимущество реакторов на быстрых нейтронах - большой коэффициент воспроизводства - ещё не являлся решающим [1].

В то же время вначале реакторы на быстрых нейтронах оказались ещё не готовыми к внедрению. Дело в том, что при своей кажущейся относительной простоте (отсутствие замедлителя) они технически более сложны, чем реакторы на тепловых нейтронах. Для их создания необходимо было решить ряд новых серьёзных задач, что, естественно, требовало соответствующего времени. Эти задачи связаны в основном с особенностями использования ядерного топлива, которые, как и способность к воспроизводству, по-разному проявляются в реакторах различного типа. Однако в отличие от последней эти особенности сказываются более благоприятно в реакторах на тепловых нейтронах [3].

Первая из этих особенностей заключается в том, что ядерное топливо не может быть израсходовано в реакторе полностью, как расходуется обычное химическое топливо. Последнее, как правило, сжигается в топке до конца. Возможность протекания химической реакции практически не зависит от количества вступающего в реакцию вещества. Ядерная же цепная реакция не может идти, если количество топлива в реакторе меньше определенного значения, называемого критической массой.

Уран (плутоний) в количестве, составляющем критическую массу, не является топливом в собственном смысле этого слова. Он на время как бы превращается в некоторое инертное вещество наподобие железа или других конструкционных материалов, находящихся в реакторе. Выгорать может лишь та часть топлива, которая загружается в реактор сверх критической массы [2]. Таким образом, ядерное топливо в количестве, равном критической массе, служит своеобразным катализатором процесса, обеспечивает возможность протекания реакции, не участвуя в ней.

Естественно, что топливо в количестве, составляющем критическую массу, физически неотделимо в реакторе от выгорающего топлива. В тепловыделяющихся элементах, загружаемых в реактор, с самого начала помещается топливо как для создания критической массы, так и для выгорания. Значение критической массы неодинаково для различных реакторов и в общем случае относительно велико.

Так, для серийного отечественного энергетического блока с реактором на тепловых нейтронах ВВЭР-440 (водо-водяной энергетический реактор мощностью 440 МВт) критическая масса U 235 составляет 700 кг. Это соответствует количеству угля около 2 млн. тонн [6]. Иными словами, применительно к электростанции на угле той же мощности это как бы означает обязательное наличие при ней такого довольно значительного неприкосновенного запаса угля. Ни один кг из этого запаса не расходуется и не может быть израсходован, однако без него электростанция работать не может.

Наличие такого крупного количества "замороженного" топлива, хотя и сказывается отрицательно на экономических показателях, но в силу реально сложившегося соотношения затрат для реакторов на тепловых нейтронах оказывается не слишком обременительным. В случае же реакторов на быстрых нейтронах с этим приходится считаться более серьёзно.

Реакторы на быстрых нейтронах обладают существенно большей критической массой, чем реакторы на тепловых нейтронах (при заданных размерах реактора). Это объясняется тем, что быстрые нейтроны при взаимодействии со средой оказываются как бы более "инертными", чем тепловые. В частности, вероятность вызвать деление атома топлива (на единицы длины пути) для них значительно (в сотни раз) меньше, чем для тепловых. Для того чтобы быстрые нейтроны не вылетали без взаимодействия за пределы реактора и не терялись, их "инертность" необходимо компенсировать увеличением количества закладываемого топлива с соответствующим возрастанием критической массы.

Чтобы реакторы на быстрых нейтронах не проигрывали по сравнению с реакторами на тепловых нейтронах, нужно повышать мощность, развиваемую при заданных размерах реактора. Тогда количество "замороженного" топлива на единицу мощности будет соответственно уменьшаться. Достижение высокой плотности тепловыделения в реакторе на быстрых нейтронах и явилось главной инженерной задачей.

Заметим, что сама по себе мощность непосредственно не связана с количеством топлива, находящегося в реакторе. Если это количество превышает критическую массу, то в нём за счёт созданной нестационарности цепной реакции можно развить любую требуемую мощность. Всё дело в том, чтобы обеспечить достаточно интенсивный теплоотвод из реактора. Речь идёт именно о повышении плотности тепловыделения, ибо увеличение, например, размеров реактора, способствующее увеличению теплоотвода, неизбежно влечёт за собой и увеличение критической массы, т.е. не решает задачи.

Положение осложняется тем, что для теплоотвода из реактора на быстрых нейтронах такой привычный и хорошо освоенный теплоноситель, как обычная вода, не подходит по своим ядерным свойствам. Она, как известно, замедляет нейтроны и, следовательно, понижает коэффициент воспроизводства. Газовые теплоносители (гелий и другие) обладают в данном случае приемлемыми ядерными параметрами. Однако требования интенсивного теплоотвода приводят к необходимости использовать газ при высоких давлениях (примерно 150 Па), что вызывает свои технические трудности [2].

В качестве теплоносителя для теплоотвода из реакторов на быстрых нейтронах был выбран обладающий прекрасными теплофизическими и ядерно-физическими свойствами расплавленный натрий. Он позволил решить поставленную задачу достижения высокой плотности тепловыделения.

Следует указать, что в своё время выбор "экзотического" натрия казался очень смелым решением. Не было никакого не только промышленного, но и лабораторного опыта его использования в качестве теплоносителя. Вызывала опасения высокая химическая активность натрия при взаимодействие с водой, а также с кислородом воздуха, которая, как представлялось, могла весьма неблагоприятно проявиться в аварийных ситуациях.

Потребовалось проведение большого комплекса научно-технических исследований и разработок, сооружение стендов и специальных экспериментальных реакторов на быстрых нейтронах, для того, чтобы убедиться в хороших технологических и эксплуатационных свойствах натриевого теплоносителя. Как было при этом показано, необходимая высокая степень безопасности обеспечивается следующими мерами:

во-первых, тщательностью изготовления и контроля качества всего оборудования, соприкасающегося с натрием; во-вторых, созданием дополнительных страховочных кожухов на случай аварийной протечки натрия; в-третьих, использованием чувствительных индикаторов течи, позволяющих достаточно быстро регистрировать начало аварии и принимать меры к ее ограничению и ликвидации [4].

Кроме обязательного существования критической массы есть ещё одна характерная особенность использования ядерного топлива, связанная с теми физическими условиями, в которых оно находится в реакторе. Под действием интенсивного ядерного излучения, высокой температуры и, в особенности, в результате накопления продуктов деления происходит постепенное ухудшение физико-математических, а также ядерно-физических свойств топливной композиции (смеси топлива и сырья). Топливо, образующее критическую массу, становится непригодным для дальнейшего использования. Его приходится периодически извлекать из реактора и заменять свежим. Извлеченное топливо для восстановления первоначальных свойств должно подвергаться регенерации. В общем случае ? это трудоёмкий, длительный и дорогой процесс.

Для реакторов на тепловых нейтронах содержание топлива в топливной композиции относительно небольшое ? всего несколько процентов. Для реакторов на быстрых нейтронах соответствующая концентрация топлива значительно выше. Частично это связано с уже отмеченной необходимостью увеличивать вообще количество топлива в реакторе на быстрых нейтронах для создания критической массы в заданном объёме. Главное же заключается в том, что отношение вероятностей вызвать деление атома топлива или быть захваченным в атоме сырья различно для разных нейтронов. Для быстрых нейтронов оно в несколько раз меньше, чем для тепловых, и, следовательно, содержание топлива в топливной композиции реакторов на быстрых нейтронах должно быть соответственно больше. Иначе слишком много нейтронов будет поглощаться атомами сырья и стационарная цепная реакция деления в топливе окажется невозможной.

Причём при одинаковом накоплении продуктов деления в реакторе на быстрых нейтронах выгорит в несколько раз меньшая доля заложенного топлива, чем в реакторах на тепловых нейтронах. Это приведёт соответственно к необходимости увеличить регенерацию ядерного топлива в реакторах на быстрых нейтронах [3].

Но кроме совершенствования самого реактора перед учёными всё время встают вопросы о совершенствовании системы безопасности на АЭС, а также изучение возможных способов переработки радиоактивных отходов, преобразования их в безопасные вещества. Речь идёт о методах превращения стронция и цезия, имеющих большой период полураспада, в безвредные элементы путём бомбардировки их нейтронами или химическими способами. Теоретически это возможно, но в настоящий момент времени при современной технологии экономически нецелесообразно. Хотя может быть уже в ближайшем будущем будут получены реальные результаты этих исследований, в результате которых атомной энергии станет не только самым дешёвым видом энергии, но и действительно экологически чистым.

Атомное оружие

Атомное оружие - самое мощное оружие на сегодняшний день, находящееся на вооружении пяти стран-сверхдержав: России, США, Великобритании, Франции и Китая. Существует также ряд государств, которые ведут более-менее успешные разработки атомного оружия, однако их исследования или не закончены, или эти страны не обладают необходимыми средствами доставки оружия к цели, что делает его бессмысленным. Индия, Пакистан, Северная Корея, Ирак, Иран имеют разработки ядерного оружия на разных уровнях, ФРГ, Израиль, ЮАР и Япония теоретически обладают необходимыми мощностями для создания ядерного оружия в сравнительно короткие сроки.

В зависимости от мощности атомного заряда атомные бомбы, снаряды делят на калибры: малый, средний и крупный. Чтобы получить энергию, равную энергии взрыва атомной бомбы малого калибра, нужно взорвать несколько тысяч тонн тротила. Тротиловый эквивалент атомной бомбы среднего калибра составляет десятки тысяч, а бомбы крупного калибра - сотни тысяч тонн тротила. Ещё большей мощностью может обладать термоядерное (водородное) оружие, его тротиловый эквивалент может достигать миллионов и даже десятков миллионов тонн [4].

Атомные бомбы, тротиловый эквивалент которых равен 1-50 тыс. т, относят к классу тактических атомных бомб и предназначают для решения оперативно-тактических задач. К тактическому оружию относят также артиллерийские снаряды с атомным зарядом мощность 10-15 тыс. т. и атомные заряды (мощностью около 5-20 тыс. т) для зенитных управляемых снарядов и снарядов, используемых для вооружения истребителей. Атомные и водородные бомбы мощностью свыше 50 тыс. т относят к классу стратегического оружия [6].

Нужно отметить, что подобная классификация атомного оружия является лишь условной, поскольку в действительности последствие применения тактического атомного оружия могут быть не меньшими, чем те, которые испытало на себе население Хиросимы и Нагасаки, а даже большими.

Сейчас очевидно, что взрыв только одной водородной бомбы способен вызвать такие тяжёлые последствия на огромных территориях, каких не несли с собой десятки тысяч снарядов и бомб, применявшихся в прошлых мировых войнах. А нескольких водородных бомб вполне достаточно, чтобы превратить в зону пустыни огромные территории.

Ядерное оружие подразделяется на 2 основных типа: атомное и водородное (термоядерное). В атомном оружии выделение энергии происходит за счет реакции деления ядер атомов тяжёлых элементов урана или плутония. В водородном оружии энергия выделяется в результате образования (или синтеза) ядер атомов гелия из атомов водорода.

Современное термоядерное оружие относится к стратегическому оружию, которое может применяться авиацией для разрушения в тылу противника важнейших промышленных, военных объектов, крупных городов как цивилизационных центров. Наиболее известным типом термоядерного оружия являются термоядерные (водородные) бомбы, которые могут доставляться к цели самолетами. Термоядерными зарядами могут начиняться также боевые части ракет различного назначения, в том числе межконтинентальных баллистических ракет. Впервые подобная ракета была испытана в СССР ещё в 1957 году [6].

В основе действия термоядерного оружия лежит использование термоядерной реакции с водородом или его соединениями. В этих реакциях, протекающих при сверхвысоких температурах и давлении, энергия выделяется за счёт образования ядер гелия из ядер водорода, или из ядер водорода и лития.

Для образования гелия используется, в основном, тяжёлый водород - дейтерий, ядра которого имеют необычную структуру - один протон и один нейтрон. При нагревании дейтерия до температур в несколько десятков миллионов градусов его атомы теряют свои электронные оболочки при первых же столкновениях с другими атомами. В результате этого среда оказывается состоящей лишь из протонов и движущихся независимо от них электронов. Скорость теплового движения частиц достигает таких величин, что ядра дейтерия могут сближаться и благодаря действию мощных ядерных сил соединяться друг с другом, образуя ядра гелия. Результатом этого процесса и становится выделения энергии [3].

Принципиальная схема водородной бомбы такова. Дейтерий и тритий в жидком состоянии помещаются в резервуар с теплонепроницаемой оболочкой, которая служит для длительного сохранения дейтерия и трития в сильно охлаждённом состоянии (для поддержания из жидкостного агрегатного состояния). Теплонепроницаемая оболочка может содержать 3 слоя, состоящих из твёрдого сплава, твёрдой углекислоты и жидкого азота. Вблизи резервуара с изотопами водорода помещается атомный заряд. При подрыве атомного заряда изотопы водорода нагреваются до высоких температур, создаются условия для протекания термоядерной реакции и взрыва водородной бомбы. Однако, в процессе создания водородных бомб было установлено, что непрактично использовать изотопы водорода, так как в таком случае бомба приобретает слишком большой вес (более 60 т.), из-за чего нельзя было и думать об использовании таких зарядов на стратегических бомбардировщиках, а уж тем более в баллистических ракетах любой дальности. Второй проблемой, с которой столкнулись разработчики водородной бомбы была радиоактивность трития, которая делала невозможным его длительное хранение [4].

В ходе исследования 2 вышеуказанные проблемы были решены. Жидкие изотопы водорода были заменены твёрдым химическим соединением дейтерия с литием-6. Это позволило значительно уменьшить размеры и вес водородной бомбы. Кроме того, гидрид лития был использован вместо трития, что позволило размещать термоядерные заряды на истребителях бомбардировщиках и баллистических ракетах.

Создание водородной бомбы не стало концом развития термоядерного оружия, появлялись всё новые и новые его образцы: была создана водородно-урановая бомба, а также некоторые её разновидности - сверхмощные и, наоборот, малокалиберные бомбы. Последним этапом совершенствования термоядерного оружия стало создание так называемой «чистой» водородной бомбы.

Первые разработки этой модификации термоядерной бомбы появились ещё в 1957 году, на волне пропагандистских заявлений США о создании некоего «гуманного» термоядерного оружия, которое не несёт столько вреда для будущих поколений, сколько обычная термоядерная бомба. В претензиях на «гуманность» была доля истины. Хотя разрушительная сила бомбы не была меньшей, в то же время она могла быть взорвана так, чтобы не распространялся стронций-90, который при обычном водородном взрыве в течение длительного времени отравляем земную атмосферу. Всё, что находится в радиусе действия подобной бомбы, будет уничтожено, однако опасность для живых организмов, которые удалены от взрыва, а также для будущих поколений, уменьшится [1].

Однако данные утверждения были опровергнуты учёными, которые напомнили, что при взрывах атомных или водородных бомб образуется большое количество радиоактивной пыли, которая поднимается мощным потоком воздуха на высоту до 30 км, а потом постепенно оседает на землю на большой площади, заражая её. Исследования, проведенные учёными, показывают, что понадобится от 4 до 7 лет, чтобы половина этой пыли выпала на землю.

Трудно переоценить роль ядерного оружия. С одной стороны, это мощное средство устрашения, с другой - самый эффективный инструмент укрепления мира и предотвращения военного конфликтами между державами, которые обладают этим оружием. Мировое сообщество близко подошло к осознанию того, что ядерная война неминуемо приведёт к глобальной экологической катастрофе, которая сделает дальнейшее существование человечества невозможным. В течение многих лет создавались правовые механизмы, призванные разрядить напряженность и ослабить противостояние между ядерными державами. Так например, было подписано множество договоров о сокращении ядерного потенциала держав, была подписана Конвенция о Нераспространении Ядерного Оружия, по которой страны-обладателя обязались не передавать технологии производства этого оружия другим странам, а страны, не имеющие ядерного оружия, обязались не предпринимать шагов для его разработки; наконец, совсем недавно сверхдержавы договорились о полном запрещении ядерных испытаний. Очевидно, что ядерное оружие является важнейшим инструментом, который стал регулирующим символом целой эпохи в истории международных отношений и в истории человечества.

Перспективы развития атомной энергетики в Беларуси

Вопрос о развитии в нашей стране ядерной энергетики не является новым. В соответствии с Энергетической программой СССР, принятой в 1983 году, предполагалась переориентация республики на атомную энергетику. В 1980-е годы было начато строительство Минской атомной электроцентрали, планировалось сооружение Белорусской АЭС [7]. Однако чернобыльская трагедия привела к закрытию программы развития в Беларуси ядерной энергетики. Решение о строительстве атомной электростанции зависит от многих факторов. Определяющими среди них являются экономическая целесообразность и технические возможности развития атомной энергетики в стране. В Республике Беларусь, наиболее пострадавшей в результате аварии на Чернобыльской АЭС, вопросу экономического и технического обоснования строительства атомной электростанции придаётся особое значение.

О необходимости возведения в Беларуси собственной АЭС специалисты заговорили ещё в начале 1997 года. С тех пор исследования на эту тему практически не прекращались.

На совещаниях по вопросам повышения энергетической безопасности и проведения подготовительных работ по строительству атомной электростанции, состоявшихся в 2006-2007 годах, Президент Республики Беларусь А. Г. Лукашенко в целом поддержал предложения учёных по возведению в Беларуси собственной атомной электростанции. В своём выступлении Глава государства назвал три главных аргумента в пользу этого: экономическая целесообразность, наличие в республике подходящих территорий для размещения атомной электростанции, отсутствие технических препятствий для включения станции в энергосистему страны.

31 января 2008 года Президент Республики Беларусь подписал постановление Совета Безопасности № 1 “О развитии атомной энергетики в Республике Беларусь”. В феврале 2008 года в Беларуси начала работу миссия МАГАТЭ по вопросам обучения персонала для будущей АЭС. Принято решение о формировании национальной системы подготовки специалистов для ядерной энергетики.

Во исполнение Указа Президента Республики Беларусь от 12 ноября 2007 г. № 565 «О некоторых мерах по строительству атомной электростанции» в республике системно осуществляется реализация соответствующих конкретных организационно-правовых, научно-исследовательских и проектно-изыскательских мероприятий.

Основные подготовительные работы, которые необходимо выполнить до начала строительства АЭС, ведутся в соответствии со специальным планом, реализацию которого обеспечивают Совет Министров Республики Беларусь и Национальная академия наук Беларуси.

Организует и координирует деятельность по строительству атомной электростанции Министерство энергетики Республики Беларусь.

Для осуществления функций заказчика по выполнению комплекса подготовительных и проектно-изыскательских работ по возведению АЭС в соответствии с Указом Главы государства решением Мингорисполкома от 29 ноября 2007 г. создано специальное государственное учреждение - «Дирекция строительства атомной электростанции», которое находится в подчинении Министерства энергетики.

Генеральным проектировщиком для координации разработки проектно-смётной документации на возведение в республике АЭС является находящееся в подчинении Министерства энергетики научно-исследовательское республиканское унитарное предприятие «БелНИПИЭнергопром».

Научное сопровождение работ по строительству выполняет государственное научное учреждение «Объединенный институт энергетических и ядерных исследований - «Сосны» Национальной академии наук Беларуси. Данное учреждение имеет значительный опыт в проектировании и в возведении передвижной атомной станции.

Ответственность за организацию и осуществление государственного управления в области обеспечения ядерной и радиационной безопасности возложена на Министерство по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь. Для государственного надзора в сфере обеспечения ядерной и радиационной безопасности в данном Министерстве образовано специальное подразделение - Департамент по ядерной и радиационной безопасности.

Таким образом, в республике созданы необходимые условия для ведения подготовительных работ, которые необходимо выполнить до начала возведения АЭС.

Подготовка к строительству атомной электростанции в Беларуси проходит в тесном взаимодействии с Международным агентством по атомной энергии, техническое сотрудничество с которым успешно развивается.

Первый и очень важный шаг подготовительного этапа - выбор площадки для размещения АЭС, территории, на которой разместятся основные и вспомогательные здания и сооружения (промышленная площадка), а также расположенные за пределами промышленной зоны объединенные распределительные устройства, внешние гидросооружения, очистные сооружения, база стройиндустрии, жилой посёлок.

Площадка считается пригодной для размещения АЭС, если имеется возможность обеспечения её безопасной эксплуатации с учётом процессов, явлений и факторов природного и техногенного происхождения, радиационной безопасности населения и защиты окружающей среды.

Выбор места для белорусской АЭС осуществлялся в строгом соответствии с введенными в действие первоочередными техническими регламентами (техническими кодексами установившейся практики по размещению атомных станций), разработка которых производилась с учётом рекомендаций и требований МАГАТЭ.

При выборе площадки АЭС стопроцентно были исключены факторы, запрещающие размещение объекта такого уровня безопасности.

Для выбора безопасной площадки атомной станции проводится обширный комплекс исследовательских и проектно-изыскательских работ. Более 60 организаций осуществляют геодезические, геологические, гидрометеорологические и иные работы, исследуют факторы, связанные с возможным влиянием АЭС на окружающую среду и радиационную безопасность населения.

На данном этапе очень полезным оказался опыт, накопленный при проведении аналогичных работ в Беларуси в период с 1962 по 1982 год и в более позднее время - с 1992 по 1997 год [5].

Инженерные изыскания и исследования были осуществлены во всех регионах республики более чем на 50 площадках.

Из этого числа специалистами рассматривалось несколько приоритетных территорий для возможного размещения АЭС, на которых продолжались более детальные исследования и изыскания. В качестве потенциальных площадок рассматривались Краснополянская, Кукшиновская, а также Островецкая и Верхнедвинская. По каждой из потенциальных площадок белорусской АЭС было подготовлено независимое экспертное заключение.

В качестве эксперта выступил Киевский научно-исследовательский проектно-конструкторский институт «Энергопроект», который являлся основным разработчиком документации при строительстве Хмельницкой АЭС.

Полный цикл исследований на потенциальных площадках был завершён в конце 2008 года, после чего все материалы представили в МАГАТЭ. Был сделан окончательный выбор площадки для возведения в Беларуси атомной станции.

В соответствии с требованиями, предъявляемыми МАГАТЭ, перед строительством АЭС на рассмотрение в Агентство должна быть представлена документация не менее чем на две хорошо изученные площадки.

В Беларуси разработан проект Закона об использовании ядерной энергетики. Законопроект подготовлен с учётом законодательства стран с развитой ядерной энергетикой. В процессе разработки он направлен на экспертизу в МАГАТЭ. После внесения данного документа в Парламент, он будет представлен на рассмотрение в Европейскую комиссию.

Кроме названного Закона, для строительства АЭС в Беларуси потребуются принятие других законов, регулирующих данную сферу, а также техническая нормативная документация, разработка которых также будет осуществляться при содействии МАГАТЭ.

В феврале 2008 года в Беларуси начала работу миссия МАГАТЭ по вопросам обучения персонала для будущей АЭС. Принято решение о формировании национальной системы подготовки специалистов для ядерной энергетики.

Специалистов для АЭС обучают в ведущих вузах страны. Так, в Белорусском национальном техническом университете ведётся подготовка кадров для строительства в энергетической сфере. В Белорусском государственном университете специалисты для АЭС обучаются на физическом факультете. В Белорусском государственном университете информатики и радиоэлектроники готовят кадры для работы в системе управления и безопасности атомной станции. В перспективе в учебных заведениях республики появятся новые специальности в сфере атомной энергетики.

В целях обеспечения потребностей государства в высококвалифицированных кадрах в этой области Правительством создана специальная республиканская комиссия.

В Беларуси планируется построить АЭС мощностью около 2,4 тыс. МВт. Местом для размещения будущей атомной электростанции выбрана Островецкая площадка в Гродненской области. В 2016 году ожидается ввод первого энергоблока белорусской АЭС, второго - в 2018 году. Станция будет сооружаться по проекту санкт-петербургского института “Атомэнергопроект”. Генподрядчиком строительства выступит российское ЗАО “Атомстройэкспорт” - государственная инжиниринговая компания, подконтрольная “Росатому” и реализующая межправительственные соглашения о строительстве объектов ядерной энергетики за рубежом.

Ядерная энергетика в Беларуси может рассматриваться в качестве реальной альтернативы. Несмотря на привлекательность, широко пропагандируемой идеи использования экологически чистых энергоносителей (солнце, ветер, геотермальные воды и т. п.), в будущем они не могут серьёзно повлиять на структуру энергобаланса республики.

Заключение

Несмотря на трагические события, связанные с чернобыльской аварией 1986 года, и получившее в связи с этим широкий размах движение против развития ядерной энергетики и строительства АЭС, результаты исследований последних лет в различных областях инженерных дисциплин и физики высоких энергий, а также заключения авторитетных международных комиссий, убедительно свидетельствуют в пользу дальнейшего развития ядерной энергетики в самых широких масштабах. Уже сегодня существуют и одобрены экспертами из ведущих ядерных стран проекты по созданию ядерных энергетических установок на качественно новом уровне безопасности для различных географических зон с отличающимися климатическими условиями.

В настоящее время наиболее разумным представляется развитие энергетики в расширении сети урановых и уран-ториевых атомных станций.

В XXI веке в любом государстве энергетика занимает особое место. Сегодня невозможно представить ни одну отрасль, ни одно производство, где не использовалась бы электрическая энергия, в том числе и от атомных станций. Учитывая процесс глобализации, доля использования атомной энергии в западных странах не только не уменьшилась, а, наоборот, увеличилась. Так, во Франции электроэнергия от АЭС составляет 77%, в Бельгии -- 56%, в Швеции -- 49%, на Украине -- около 45%.

В условиях острого дефицита органических энергоносителей в Беларуси ядерная энергетика может рассматриваться в качестве реальной альтернативы. Беларусь может и должна активно включиться в развитие отечественной атомной энергетики.

«Строительство АЭС - это реальная перспектива, стратегическая задача, и отказываться от неё Беларусь не намерена», - заявил Глава государства А.Г.Лукашенко на заседании Совета Безопасности Республики Беларусь.

В заключение можно лишь сказать, что времени на исправление ошибок не осталось. В конце 1990-х и начале 2000 годов «чернобыльский синдром» удалось преодолеть. Было многое сделано, чтобы люди поверили в атомную энергетику. Ситуация требует незамедлительных мер. На кону стоит вопрос развития не только отрасли, но и страны в целом.

Список используемой литературы

1. Атомные электрические станции / Под ред. Воронина, Л.М. М.: Энергия, 1977.

2. Дементьев, Б. А. Ядерные энергетические реакторы: Учебник для ВУЗов. - М.: Энергоатомиздат, 1984.

3. Кащеев, В. П. Ядерные энергетические установки: Учебное пособие для ВУЗов. - Мн.: Выш. шк., 1989.

4. Киселёв, Г.В. Проблема развития ядерной энергетики. М.: Знание, 1990.

5. Маргулова, Т. Х., Порушко, Л. А. Атомные электрические станции. М.: Энергоиздат, 1982.

6. Михайлов, В. Н. Создание первой советской ядерной бомбы. М.: Энергоатомиздат, 1995.

7. Стерман, Л. С. и др. Тепловые и атомные электрические станции: Учебник для ВУЗов / Стерман, Л.С., Ладыгин, В.М., Тишин, С.Г. - М.: Энергоатомиздат, 1995.

8. Тепловые и атомные электрические станции. Справочник. Кн. 3. М., 1985.

Размещено на Allbest.ru