Атомная энергия

Радиационно опасные объекты.

За последние несколько десятилетий человек создал несколько сотен искусственных радионуклидов и научился использовать энергию атома в самых разных целях: в медицине и для создания атомного оружия, для производства энергии и обнаружения пожаров, для изготовления светящихся циферблатов часов и поиска полезных ископаемых. Все это приводит к увеличению дозы облучения как отдельных людей, так и населения Земли в целом. Индивидуальные дозы, получаемые разными людьми от искусственных источников радиации, сильно различаются. В большинстве случаев эти дозы весьма невелики, но иногда облучение за счет техногенных источников оказывается во много тысяч раз интенсивнее, чем за счет естественных. Как правило, для техногенных источников радиации упомянутая вариабельность выражена гораздо сильнее, чем для естественных. Кроме того, порождаемое ими излучение обычно легче контролировать, хотя облучение, связанное с радиоактивным и осадками от ядерных взрывов, почти так же невозможно контролировать, как и облучение, обусловленное космическими лучами или земными источниками. Радиационно опасные объекты- предприятия, при аварии на которых или при разрушении которых могут произойти массовые радиационные поражения людей, животных, растений и радиоактивное заражение окружающей природной среды. К ним относятся:

1) Предприятия ядерного топливного цикла - урановая промышленность, радиохимическая промышленность, ядерные реакторы разных типов, предприятия по переработке ядерного топлива и захоронения радиоактивных отходов;

2) Научно - исследовательские и проектные институты, имеющие ядерные установки;

3) Транспортные ядерные энергетические установки;

4) Военные объекты;

Во избежание аварий на радиационно опасных объектах необходимо соблюдать технику безопасности. Режимы радиационной защиты - это порядок действия людей, применения средств и способов защиты в зонах радиоактивного заражения, предусматривающий максимальное уменьшение возможных доз облучения. Для обеспечения радиационной безопасности при нормальной эксплуатации объектов необходимо руководствоваться следующими положениями:

1. Непревышение допустимых пределов индивидуальных доз облучения человека от всех источников ионизирующего излучения (принцип нормирования).

2. Запрещение всех видов деятельности по использованию источников ионизирующего излучения, при которых полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда, причиненного дополнительным к естественному фону облучения (принцип обоснования).

3. Поддержание на возможно низком и достижимом уровне с учетом экономических и социальных факторов индивидуальных доз облучения и числа облучаемых лиц при использовании любого источника ионизирующего излучения (принцип оптимизации).

Радиоэкологическая обстановка в Нижневартовске

Изучением радиоэкологической обстановки в районах разработки нефтяных месторождений Нижневартовского района ЦГСЭН в г.Нижневартовске и Нижневартовском районе занимается с 1996 года.

Лаборатория радиационного контроля Испытательного Центра ЦГСЭН аккредитована в системах:
- Госсанэпидслужбы России, аттестат аккредитации № ГСЭН.RU.ЦОА.080.12
- Лабораторий радиационного контроля (САРК), аттестат аккредитации № 41043-94/98.

Основным обнаруживаемым в практике эксплуатации объектов топливно-энергетического комплекса фактором, свидетельствующим о появлении радиационного загрязнения,является повышение мощности экспозиционной дозы ( МЭД ) гамма-излучения. Измерения МЭД проводились на открытых площадках при отборе проб для гамма - спектрометрического исследования. Проведение гамма-съемки договором не предусматривалось. Уровень естественного гамма-фона на обследованных объектах ровный, низкий, в среднем от 4 до 8 мкР/ч.

Уровень техногенного гамма-фона на различных объектах контроля нефтепромыслов колеблется от 4 до 30 мкР/ч, достигая 45 - 100 мкР/ч , на участках промышленных площадок, резервуаров и дорог, отсыпанных щебнем, в местах складирования бывших в употреблении насосно-компрессорных труб, в шламовых амбарах.

В соответствии с методическими указаниями по организации радиационного контроля на объектах нефтегазодобычи топливно-энергетического комплекса РФ(ТЭК РФ) , если мощность экспозиционной дозы (МЭД) приближается к 2 - 3 кратному фону окружающей местности или превышает 50 мкР/ч, то необходимо установление регулярного радиационного контроля (не реже 1 раза в 6 месяцев) с измерением МЭД и загрязненности поверхностей альфа- и бета-активными нуклидами.

Такие объекты встречаются на всех обследованных нефтепромыслах, кроме ЗАО Компании "Сибойл". МЭД свыше 50 мкР/ч зарегистрирована на одном объекте - шламовом амбаре КСП-16, причем , в 1998 году-100 мкР/ч, в 1999 году- 63 мкР/ч на обваловке (после засыпки содержимого его песком).

При измерении МЭД в помещениях установлено, что в целом превышение МЭД над фоном открытой местности составляет от 6,2 до 16,3 мкР/ч при норме не более, чем на 33 мкР/ч. Эффективная равновесная объемная активность радона и дочерних продуктов его распада не превышает регламент. Данная ситуация говорит о незначительном вкладе строительных конструкций и материалов в лучевую нагрузку на работающих .

Повышенный радиационный фон отмечался в 1996-1997 гг.только в НБ по РиНЭО ОАО ННГ-превышение на 38,8 мкР/ч при норме не более, чем на 33 мкР/ч .В 1998-1999 гг.измерения не проводились, т.к. ОАО ННГ отказалось заниматься изучением радиационной обстановки на базах. Гамма-спектрометрическому исследованию подвергались пробы добываемой продукции, подтоварной воды, попутной воды, воды после очистки, нефтешлам, отложения на оборудовании, грунт, щебень, песок, солевой раствор, солярка. соль.

В соответствии с методическими указаниями "Обращение с радиоактивными отходами на нефтегазовых промыслах России", утв. Минтопэнерго РФ, имеет место значительное превышение содержания тория-232 и радия-226 в нефти товарной , добываемой продукции и пробах воды от 1,1 до 26 раз.

Превышение требований СПОРО-85 и НРБ-99 не зарегистрировано.

Таблица 1
МЭД на открытой местности объектов нефтепромыслов по результатам измерений в 1996 - 1999 гг.

Содержание ЕРН и ИРН в механических примесях с внутренней поверхности подземного оборудования в основном не превышает гигиенических нормативов, но убедительно доказывает, что технологическое оборудование в процессе эксплуатации загрязняется радиоактивными осадками. Исключением является ОДАО "БН", где в 1997 году на отложениях с желонки ПРЦЭО обнаружено значительное превышение регламента НРБ-99 по содержанию 232Th и Аэфф.: -232Th - 2064 ± 887,5 Бк/кг при норме не более 1 кБк/кг , превышение в 2,1 раза, Аэфф. - 5941 ± 572,7 при норме не более 3,7 кБк/кг , превышение в 1,6 раза.

Гамма-спектрометрическое исследование проб нефтешлама и реагентов не выявило превышение гигиенических нормативов содержания ЕРН и ИРН. За 4 года исследования проб грунта обнаружено превышение требований СПОРО-85 в 1999 году в обваловке шламового амбара КСП-16 ОДАО "Белозернефть"
- по торию-232 (232Th) - в 1,7 раза,
- по эффективной активности (Аэфф.) - в 1,1 раза.

Уровень загрязнения поверхностей альфа- и бета-активными радионуклидами в основном не превышает гигиенических нормативов, кроме некоторых объектов.

В 1999 году было увеличено количество исследований альфа- и бета-загрязненности кожных покровов работающих. Результаты оказались ошеломляющими: из 9 обследованных предприятий только в 3 не было обнаружено превышение регламента ( ОДАО "Самотлорнефть", ОДАО "Нижневартовскнефть" и ЗАО Компания "Сибойл"). Во всех остальных содержание альфа-частиц в смывах с рук работающих превысило ведомственные нормативы Минтопэнерго в 1,4 - 9 раз, а требования НРБ-96 - от 1,1 до 4,5 раз. Окончательное заключение о причинах загрязнения кожных покровов пом.бурильщика, оператора, пом.оператора, слесаря дать нельзя из-за ограниченного количества исследований (12 проб) , но предварительный вывод можно сделать: работающие либо обеспечены рукавицами в недостаточном количестве , либо применяемые средства защиты недостаточны для защиты от загрязнения радионуклидами.

Параллельно с радиационным обследованием нефтепромыслов проводилась работа по изучению радиоэкологической обстановки на прилегающей территории 3 объектов:
- ООО СП "Ваньеганнефть",
- ЗАО Компания "Сибойл",
- АНК "Башнефть".

Отбор проб почвы и растительности проводился по ярусам:
- почва на поверхности, на глубине 2-3 и 5-6-см.,
- мхи,
- травы,
- низкорослые кустарники,
- высокорослые кустарники,
- деревья лиственных пород,
- деревья хвойных пород.

Исследовалась вода проток и малых рек, протекающих по территории нефтепромысла на содержание естественных и искусственных радионуклидов.

Кроме того, питьевая вода источников централизованного водоснабжения исследовалась в соответствии с СанПиН 2.1.4.559-96 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества.".

Распределение и накопление ИРН и ЕРН по годам разными растениями происходит неравномерно. Какой-либо закономерности не установлено из-за недостаточного количества исследованных проб. Превышение требований СанПиНа зарегистрировано не было.

Изучение радиоэкологической обстановки на объектах нефтепромыслов Нижневартовского района ведется 4 года. Накоплен значительный материал, но недостаточный для того, чтобы делать какие-либо глобальные выводы. причин для этого несколько:
- крупные нефтегазодобывающие предприятия выделяют настолько мало денежных средств, что даже учитывая то, что ЦГСЭН 30-50% работы делает дополнительно к заключенным договорам бесплатно, этого объема недостаточно, чтобы провести первичное обследование предприятия в том объеме, который предусмотрен пакетом документов Минтопэнерго,
- малые предприятия - ООО СП "Ваньеганнефть", ЗАО Компания "Сибойл", АНК "Башнефть" провели обследование только в 1999 году, т.е. ни изучена динамика накопления и распространения ЕРН и ИРН,
- все полученные данные оседают в отделах у специалистов, не используются в работе, не пересылаются в Центр радиационной безопасности Минтопэнерго для анализа и обобщения,
- существующие ведомственные нормативы значительно расходятся с НРБ-99 и СПОРО-85 в сторону ужесточения,
- нет утвержденных методик исследования нефти, подтоварной воды и т.д., работа ведется в соответствии с указаниями пакета документов Минтопэнерго: т.е. по инструкциям по эксплуатации используемых средств измерений. При использовании в работе альфа-, бета-спектрометрического комплекса "Прогресс" результаты исследования зачастую идут в виде "0±7,36". То есть, программу "Прогресс" (НПП "Доза" ВНИИФТРИ), возможно, и можно использовать, но при этом нужны методики специальной подготовки проб (концентрирование и т.п.).

Если до 1998 года у нас были только 4 документа из 7 пакета документов Минтопэнерго, и все методические указания по организации радиационного контроля носили рекомендательный характер, то в 1999 году вышел Закон Ханты-Мансийского Автономного Округа "О радиационной безопасности" от 5.01.99 г. № 3-03, где в ст. 28 указано, что предприятия добывающей и перерабатывающей отраслей промышленности и ТЭК, не связанные с ядерно-топливным циклом, обязаны проводить радиационный контроль и принимать меры по радиационной безопасности. Несмотря на это руководство большинства нефтегазодобывающих предприятий не считает себя обязанным заниматься организацией радиационного контроля.

К сожалению, нет нормативных и даже методических документов о радиационном контроле за скважинами, в которых оставлены, а затем "захоронены" ИИИ. На нашей территории - это источники гамма- и нейтронного излучения: цезий-137 с периодом полураспада 30 лет и плутониево-бериллиевые источники с периодом полураспада плутония-238 - 87,74 года, которые применяются при радиоактивном каротаже.

Необходимость в НТД есть, т.к. все чаще встает вопрос, можно ли их эксплуатировать, на каком расстоянии бурить новые скважины и т.п.

В настоящее время разработаны "Научно-методические основы формирования федеральной системы радиационно-экологической безопасности контроля в ТЭК России" (система РЭБК ТЭК). Имеется проект "Концепции создания системы РЭБК ТЭК", в разработке которого принимали участие не только ГЛАРК Минтопэнерго России, но и ГНЦ РФ "ФЭИ" Минатома России ( г.Обнинск ), ЦМИИ ГП "ВНИИФТРИ" Госстандарта России.

Ведется планомерный радиационный контроль на объектах, где производились ядерные взрывы, например, в Пермской области, но ведь любая работа бесмысленна без контроля, т.е. без проведения аналогичных исследований на незагрязненной территории, которой и может стать Нижневартовский район.

«Да» атомной энергии

Ядерная энергетика -- очень молодая отрасль науки и техники. Первая в мире атомная электростанция (АЭС) в г. Обнинске Калужской области вошла в строй всего четверть века назад: 27 июня 1954 г. она выдала электрическую энергию в Московскую энергосеть. За это время ядерная энергетика выросла, возмужала и вышла на широкую дорогу промышлен-ного производства электрической энергии во многих странах мира -- Со-ветском Союзе, США, Англии, Франции, Канаде, Италии, ФРГ, Японии, Швеции, Чехословакии, ГДР, Болгарии, Швейцарии, Испании, Индии, Пакистане, Аргентине и др. |На январь 1981 г. во всем мире введено бо-лее 250 атомных электростанций (блоков) установленной мощностью около 140 млн. кВт. Ни одна отрасль техники не развивалась так быстро, как ядерная энергетика. Обычным электростанциям понадобилось 100 лет, чтобы достичь такого уровня инженерной техники и эксплуатации, какого достигла уже к 1975 г. ядерная энергетика.

Ученые-атомщики, руководители соответствующих фирм и ведомств по-разному представляют развитие ядерной энергетики, но в одном они сходятся: у нее хорошие перспективы и в недалеком будущем на какое-то время она станет одним из основных источников получения энергии, в том числе электрической. Предполагается, что уже в 1985 г. рост атомно-энергетических мощностей в мире достигнет 300 млн. кВт (некоторые экспер-ты считают эту цифру завышенной, учитывая энергетический кризис и некоторые политические обстоятельства). На Х конгрессе Международной энергетической конференции в Стамбуле в сентябре 1977 г. суммарная мощность АЭС в мире к 2000 г. определялась в 1300--1650 млн. кВт. По новым прогнозам зарубежных ученых, удельный вес мировой ядерной энергетики к 2000 г. достигнет 25--30% (и даже 40%) общей выработки электрической энергии в мире. .Такому росту ядерной энергетики способствует ряд обстоятельств:

с одной стороны -- уменьшение природных запасов органического топлива (газа, нефти, а во многих экономических районах и угля), их повышенная сернистость, зольность, вызывающая загрязнение окружающей среды при сжигании этих видов топлива, резкое удорожание и сложность их добычи и т. д., с другой -- постоянный рост потребности человечества в топливе и электроэнергии. При истощении запасов органического топлива исполь-зование ядерного топлива (урана, тория и плутония) -- пока единствен-ный реальный путь надежного обеспечения человечества так необходимой ему энергией. Как известно, при делении ядер урана и плутония выделяет-ся огромное количество энергии, использование которой позволяет созда-вать крупные АЭС промышленного типа.

Уран широко распространен в природе, но богатых по содержанию залежей урановых руд (как, скажем, железа или угля) нет. Промышлен-ные урансодержащие руды имеют очень небольшую концентрацию: 0,1-0,5% и даже меньше 0,08-0,05%. Правда, встречаются богатые, уни-кальные месторождения с содержанием до 10%, но их очень мало и за-пасы урана в них сравнительно невелики. В земной коре урана много, но он почти весь находится в рассеянном состоянии и не в собственно урановых, а в урансодержащих минералах, где он изоморфно замещает торий, цирконий, редкоземельные элементы. Уран содержится и в гранитах, и в базальтах, но концентрация его там настолько мала (4-10~⁴ и 1-10~*% соответственно), что извлечение станет возможным только в очень отдаленном будущем. Однако эти микроколичества представляют собой грандиозную цифру: 300 тыс. Q (=3-10¹⁴ кВт-ч). По некоторым прогно-зам, запасы урана и тория в земной коре могут обеспечить челове-чество энергией на протяжении 3 млрд. лет при ежегодном потреблении З-Юккал.

Поиск урана, и, главное, определение его запасов как очень ценного и важного стратегического сырья проводится во многих странах мира. В капиталистических странах первые три места по запасам и содержанию урана в рудах занимают Канада, ЮАР и США. По добыче первое место занимают США, второе Канада, третье ЮАР. В природе есть один-единственный изотоп урана, который может под-держивать цепную реакцию деления ядра урана -- это уран-235. В одном акте деления ядра урана выделяется энергия на один атом в 200 млн. раз большая, чем при любой химической реакции. Если бы все изотопы в 1 г урана подверглись делению, то выделилась бы энергия в 20 млн. ккал, что соответствует 23 тыс. кВт-ч тепловой энергии. Однако в природном Уране очень трудно получить самоподдерживающуюся цепную реакцию деления, так как делящийся изотоп уран-235 в нем содержится в незна-чительном количестве--всего 0, 71%, а остальные 99, 29% составляет не-делящийся изотоп уран-238. Поэтому создаются специальные устройства -- ядерные котлы, реакторы, в которых при определенных контролируемых условиях происходит самоподдерживающаяся цепная реакция деления ядер тяжелых элементов. Такие реакторы, имеющие в своем составе ядер-ное топливо (горючее), специальные виды замедлителя нейтронов, отра-жатель и охладитель, позволяют из неделящихся изотопов урана-238 или тория-232 получать делящиеся изотопы урана-233 и новый вид ядерного топлива -- плутоний-239, которые затем могут быть использованы в ка-честве ядерного горючего.

Именно в образовании новых дополнительных количеств делящихся изотопов (а не только в израсходовании загруженного в реактор топлива) заключается исключительная ценность и специфическая особенность ядер-ного горючего. Кроме обычного воспроизводства, возможно так называе-мое расширенное, при котором образующегося ядерного горючего полу-чается больше, чем его потребляется (отношение числа получающихся атомов делящегося вещества к числу потребленных называется коэффи-циентом воспроизводства). С помощью процесса воспроизводства ядер-ного горючего (за счет неделящихся изотопов урана или тория) можно во много раз увеличить мировые запасы ядерного горючего, что и пыта-ются осуществить введением в эксплуатацию реакторов на быстрых нейтронах.

Чтобы в системе, в данном случае в ядерном реакторе, содержащей делящиеся изотопы, например уран-235, могла поддерживаться цепная реакция, необходимо выполнение ряда условий. Во-первых, масса деля-щегося вещества должна быть не меньше критической, т. е. система должна содержать уран-235 в количестве, достаточном для того, чтобы в среднем один нейтрон из числа получающихся при каждом акте деления ядра смог бы вызвать следующий акт деления, прежде чем он покинет систему. Во-вторых, система, содержащая ядерное топливо, должна быть окружена материалом, который как бы улавливает выходящие из нее нейтроны и возвращает их обратно, т. е. отражает. Вообще в природе не существует материала, отражающего нейтроны непосредственно в обратном направ-лении. Механизм работы отражателя состоит в том, что попадающие в него нейтроны беспорядочно движутся по искривленным траекториям и, не испытывая захвата со стороны атомов отражателя, в конце концов частич-но (в идеальном случае до 50%) попадают обратно в активную зону. Третье условие -- это снижение вредного захвата нейтронов в неделящих-ся материалах системы, которые непосредственно не участвуют в цепной реакции, но их ядерные характеристики таковы, что требуют оптималь-ного решения в выборе соответствующих материалов с точки зрения сохра-нения нейтронов.

И, наконец, одним из важнейших условий осуществления полностью контролируемой цепной реакции деления ядер атомов служит наличие средств управления ею, т. е. регулирования ее хода и скорости про-хождения.

Использование радиоактивности

Явление радиоактивности положило начало бурному развитию новых направлений в химии и физике, которые, в свою очередь, стали фундаментом для создания атомно-промышленного комплекса.

Первые предприятия атомной промышленности были направлены на создание атомной бомбы, что и было впервые сделано в США. В боевых целях ядерное оружие было применено 6 и 9 августа 1945 года, когда американцами были взорваны две атомные бомбы над японскими городами Хиросима и Нагасаки. Первым предприятием атомной промышленности, созданным в СССР, стало производственное объединение “Маяк”, предназначенное для получения делящихся ядерных материалов. Первые предприятия ядерного комплекса формировались в условиях “гонки вооружения”, к тому же эффекты воздействия радиации на организм человека и окружающую среду были мало изучены, что и привело к необдуманному сбросу отходов, крупномасштабному загрязнению окружающей среды и росту числа заболеваний у работников атомной промышленности и населения, проживающего в зоне радиоактивного загрязнения, вследствие неверного нормирования доз облучения.

В настоящее время атомно-промышленный комплекс представляет собой разветвленную сеть предприятий с различными целями и задачами. В него входят предприятия военно-промышленного комплекса, АЭС, научно-исследовательские центры и институты.

За последние десятилетия произошла переоценка эффектов влияния атомной радиации на человека и окружающую среду. Был введен запрет на испытания и распространение ядерного оружия, а также подписано несколько договоров о сокращении ядерного вооружения. 29 июля 1957 года была учреждена МАГАТЭ - автономная межправительственная организация по вопросам мирного использования ядерной энергии. Целью ее создания стал контроль за деятельностью стран с развитой атомной промышленностью в соответствии с целями и принципами ООН, направленными на укрепление мира и поощрение международного сотрудничества. Международные организации, работающие в сфере изучения влияния радиации на человека и ОС, периодически пересматривали степень ее опасности в сторону повышения. С 30-ых годов этот уровень возрос в тысячу раз. Международная комиссия радиационной защиты официально признала концепцию беспорогового действия радиации на здоровье человека.

В настоящее время существует 2 мнения относительно дальнейшего развития атомной промышленности:

Атом - безусловное благо. Наиболее приоритетным путем развития энергетики является создание большого числа АЭС. На здоровье человека влияют исключительно большие дозы; атом настолько полезен, что следует облучать даже продукты питания для более длительного хранения.

Атом не может быть благом для человечества из-за неисключенной вероятности атомно-техногенных глобальных катастроф, его пагубного влияния на ОС и здоровье человека, вплоть до смертельного исхода.

Литература

Г.Кесслер “Ядерная энергетика” Москва :Энергоиздат, 1986 г.

Т.Х.Маргулова “Атомная энергетика сегодня и завтра” Москва: Высшая школа, 1989 г.

«Характеристики ядерного оружия» (The Effects of Nuclear Weapon), Самуэль Гласстон, Филипп Долан, 1977 г.

Кудрявцев П.С. Курс истории физики.
// М., Просвещение, 1982 г.

Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике.
// М., Наука, 1990 г.

РЕФЕРАТ

По физике на тему:

Атомная энергия

Работу выполнила

Студентка I курса группы Б-355

Сафина Энже

Работу проверила

Шакирова А.Ф.