Безпека - Атомна енергетика в Україні

Атомна енергетика

Безпека

Оволодівши атомною енергією, людство мимоволі поставило під загрозу сам факт свого існування, так як розщеплення атомного ядра – це найнебезпечніший з процесів, що освоєні людиною. З його допомогою можна обернути Землю на пустелю, але й можна примусити пустелю зацвісти буйним цвітом. Людина – в природі і з природи, а не над нею. Наш вид смертний. Історія життя на Землі – це історія взаємодії між живими істотами і їхнім оточенням.

Спочатку ядерна енергія вважалася близькою до ідеальної. Її вважали ефективною та недорогою (і вона була такою, оскільки ядерна енергія була лише побічним продуктом виробництва атомної зброї). У добу, коли прийшло розуміння що нафтові запаси обмежені, погляди впали на атомну енергетику як на вирішення проблеми. Проте це не зовсім так, що і доводить розвиток подій останніх десятиліть. Навіть найпалкіші прихильники ядерної енергетики визнають, що з її виробництвом пов’язано чимало проблем, які в свою чергу породжують ряд небезпек для людини.

Небезпека №1. Небезпека, що виникає з поводженням продуктами чи ресурсами ядерного паливного циклу.
Під час роботи реакторів в паливних стрижнях накопичуються високорадіоактивні відходи. Розпадаючись, ці відходи виділяють тепло, і тому їх треба охолоджувати ще довго після закінчення керованого процесу розщеплення ядра атома.

Радіоактивні відходи класифікують таким чином:

  • Низькоактивні радіоактивні відходи;
  • Радіоактивні відходи середньої активності;
  • Високоактивні радіоактивні відходи.

Високорадіоактивні відходи неможливо знищити: їх треба ізолювати від навколишнього середовища на десятки тисяч років – лише тоді вони стануть нешкідливі.

Проблема поводження з небезпечними відходами постала відразу, ще на початку застосування ядерної енергетики. Загальновизнаним вирішенням стало остаточне захоронення цих відходів у глибоких геологічних формаціях континентальної кори. Цим методом і зараз користуються, щонайменше намагаються. Проте на даний час сховищ для «довго живучих», особливо високоактивних, радіоактивних відходів не існує.

Поки що більшість відходів ядерного палива «тимчасово» зберігають в облицьованих сталевими плитами басейнах біля атомних електростанцій, і небезпека забруднення навколишнього середовища дедалі зростає.

Всі відходи ядерного виробництва необхідно переробляти та тимчасово зберігати. Це створює додаткову радіаційну експозицію у нормальних умовах. І так як високоактивні відходи зберігають у небезпечному рідкому вигляді досить тривалий час, існує ризик нових техногенних аварій.
Тепер у всьому світі працює більше 440 атомних реакторів, а загальноприйнятої вирішення проблеми тривалого зберігання ядерних відходів не існує. Натомість існує проблема могильників, де поховані радіоактивні речовини; дамб, які повинні захищати річки і водойми від радіаційного забруднення.

Без транспортування радіоактивних матеріалів використання ядерної енергії неможливе, оскільки транспортні операції з’єднують різні стадії ядерного паливного циклу. Транспортуються уран, гексафторид урану, нові та відпрацьовані паливні елементи та багато різних відходів. У всьому світі у зв’язку з ядерною енергетикою щороку виконують біля 100000 транспортних операцій. Забезпечити абсолютну безпеку транспортування радіоактивних матеріалів неможливо.

За останні роки в світі було декілька аварій під час транспортування в рамках операцій паливного циклу АЕС. Про серйозні викиди не повідомлялося. Але необхідно відзначити, що загальна кількість транспортних операцій суттєво збільшиться, коли почнуть працювати нові АЕС, сховища або інші нові об’єкти ядерного паливного циклу. Разом з їх кількістю, прямо пропорційно зростатиме й вірогідність аварій, пов’язаних з транспортуванням.

Серйозні інциденти під час транспортування чи при поводженні з високоактивними відходами, відпрацьованим паливом або двоокисом плутонію можуть призвести до гострого летального місцевого опромінення та довготермінових летальних доз опромінення у радіусі декількох кілометрів.

Небезпека №2. Небезпека витоку радіації.
Ядерний реактор через цілу низку причин не може вибухнути, як ядерна бомба. Однак один середній реактор містить у собі таку кількість радіоактивних матеріалів, яка в тисячу разів перевищує кількість радіоактивних матеріалів, вивільнених над Хіросімою. Це означає, що вивільнення навіть незначної частини цих матеріалів завдасть великої шкоди і людині, і навколишньому середовищу. Щоб відвернути таку небезпеку, реактори обладнують оболонкою зі спеціальної сталі, а довкола тієї оболонки будують міцні залізобетонні споруди. І все ж сильні вибухи пари або дія зовнішніх сил (вибухи бомб, урагани) можуть за екстремальних обставин призвести до аварії, незважаючи на зазначені запобіжні засоби.

Крім того реактор може розтопитися. Якщо реактор функціонує нормально, вода проходить між комплектами паливних стрижнів і охолоджує активну зону. Якщо система охолодження відмовляє – чи то внаслідок неполадок у системі постачання електроенергії, чи внаслідок виходу з ладу помпи або магістралі подачі води, – починають працювати запасні охолоджувальні системи. Якщо по якихось причинам запасна система охолодження не спрацює, то станеться розтоплення реактора.

Звичайно активна зона реактора занурена у воду. Але якщо потік охолоджувальної води припиниться, то вода, яка вже надійшла до активної зони, нагріється і випарується, оголивши активну зону. Температура всередині реактора підніметься, і цирконієві оболонки на паливних пігулках розплавляться. Незабаром уранове паливо розплавиться теж і активна зона перетвориться на розтоплену радіоактивну масу металу.

Врешті-решт активна зона стане калюжею на дні реактора. Відтак досягнувши температури 5000 градусів за Фаренгейтом, метал розплавить дно реактора і виллється на зовнішню захисну споруду. Ця захисна споруда призначена для того, щоб відвернути витік радіації в разі вибуху або пошкодження реактора, але від розплавлення вона не захищає. Вступаючи в хімічну реакцію із залізобетоном, розтоплене паливо пройде крізь дно захисної споруди і далі вниз. Колись вважали, що розтоплене ядерне паливо проходитиме крізь землю все далі і далі. Однак тепер існує теорія, що розтоплене паливо почне взаємодіяти з елементами ґрунту під електростанцією і спричинить парові вибухи перед тим, як зупинитись на глибині приблизно двадцяти метрів у скляній оболонці, утвореній внаслідок дії високої температури на ґрунт.

Технологічно неможливо уникнути виділення радіонуклідів під час демонтажу паливних збірок, відділення урану та плутонію, переробки та зберігання відходів. Незважаючи на фільтри та інші засоби захисту, частина радіонуклідів буде потрапляти з газовими або рідкими викидами заводу у навколишнє середовище. Як наслідок навколишнє населення буде піддаватися радіаційній експозиції від забрудненого ґрунту, відкладень, зараженої флори та фауни.

Вплив викидів заводів переробки відпрацьованого палива не обмежується впливом на місцевому рівні. Рідкі викиди розносяться морськими течіями та забруднюють великі площі.

Можна зробити висновок, що масштабна аварія на легководневому реакторі (більшість реакторів у всьому світі є саме такими) спричинить до радіоактивних викидів, еквівалентних кільком Чорнобилям або 1000 атомних бомб.

Небезпека №3. Небезпека використання ядерної технології у військових цілях.
Технологію і сировину мирних атомних програм можна використати для створення ядерної зброї. Необхідний для цього плутоній отримують з відходів ядерного палива, і така операція під силу багатьом країнам третього світу.

Міжнародне агентство у справах атомної енергії (МАГАТЕ) зобов’язане унеможливлювати використання ядерної техніки, технології й палива для виробництва ядерної зброї. Однак воно, як і більшість організації ООН, не може вживати суворих санкцій до держав, котрі порушують ці принципи.

Ядерна зброя набагато руйнівна, ніж усі інші виді зброї. За допомогою ракет цю зброю можна доставити у будь-який пункт Землі. Перед людством маячить похмура реальність взаємного знищення протягом лічених годин. Державна безпека в абсолютному значенні цього слова більше не існує. Ціна миру в ядерну добу – це повсякчасна загроза ядерної війни. Тим часом загроза знищення людства зростає у міру того, як ядерна зброя поширюється на всій Землі. Кожна країна, яка опановує цивільну ядерну техніку, розробці якої сприяє МАГАТЕ чи ЄВРААТОМ, може рано чи пізно прийти до розробки ядерної бомби. Крім того, існує можливість випадкового вибуху, коли навіть одна країна має бойові ядерні заряди. Неполадки та аварії трапляються. Не можна накопичувати атомну зброю, не збільшуючи ризику випадкового вибуху. У міру зростання запасів атомної зброї зростає також ризик навмисного вибуху.

Військові інтервенції є ще одним видом збройного конфлікту. Вони можуть відбуватися внаслідок регіональної війни. Під час таких війн країни нападають на державу, яка становить справжню чи уявну загрозу. Якщо в атакованій країні є атомна станція, існує ризик ненавмисного її ушкодження в ході бойових дій. Крім того інтервенти можуть навмисно атакувати атомні реактори, щоб паралізувати електромережі атакованої країни. У випадку збройного конфлікту в поєднанні із військовими діями можуть відбуватися і диверсії. До того ж, під час війни енергорозподільчі мережі можуть зруйнуватись і без прямих нападів на електростанції. Разом із руйнуванням інфраструктури може мати місце аварія на АЕС, із відповідними наслідками для прилеглих територій. Найвірогідніше, що АЕС, які мають військове призначення, будуть навмисно зруйновані. У цьому випадку викиди радіоактивних речовин – неминучі.

Небезпека №4. Небезпека забруднення навколишнього середовища в результаті техногенних викидів, які мають місце при роботі атомних реакторів.
До 2006 року було побудовано 442 енергетичних атомних реакторів, які збільшили більш як на порядок вихід у навколишнє середовище радіоактивних речовин, порівняно з тими, що викинуті в атмосферу, водойми і захороненні, як відходи.

У результаті техногенних викидів щільність радіоактивного забруднення ґрунтів і води зросла. Спостерігається незворотній процес безперервного розповзання радіонуклідного забруднення. Раніше чи пізніше воно проникає скрізь. Вода здійснює невпинний круговорот через океани, хмари і дощі, через листя рослин та кровоносні судини тварин і людей.

Викиди не повинні перевищувати обсягу, який може засвоїти та переробити біосфера без шкоди для себе. Отже, забруднення біосфери є найважливішою проблемою тому, що її вирішення є також вирішенням інших проблем – енергії, ресурсів, питної води та ін.
Забруднення території України радіоактивними викидами при катастрофі на Чорнобильській АЕС не має аналогів ні за масштабами, ні за глибиною екологічних, соціальних і економічних наслідків. Внаслідок аварії було забруднено близько 12 млн. га, з них 8,4 млн. га сільськогосподарських угідь. Ці землі втрачені назавжди.

Також існує необхідність створення санітарної зони. В період експлуатації АЕС, а також після виробітки її ресурсу (через 20-30 років експлуатації АЕС) навколо АЕС і могильників потрібно створювати санітарну зону, що приведе до безповоротного знищення великих площ земель, придатних для господарчої діяльності людини.

Небезпека №5. Небезпека аварії внаслідок «людського» фактору
Виробництво атомної енергії потребує надзвичайно високої кваліфікації персоналу, що обслуговує атомні реактори. В той же час людина – не ідеальна. Люди втомлюються, іноді в них поганий настрій: діючи бездумно, вони припускаються помилок, а це може привести до катастрофи. Крім цього, потрібен контроль за психічним станом операторів, аби відвернути божевілля і не допустити дій, спроможних привести до аварії.
Можливість вивільнення радіоактивного матеріалу робить атомну електростанцію надзвичайно спокусливою для диверсій і зовнішнього нападу. Тому атомні електростанції потребують значної охорони.

Небезпека №6. Небезпека подовження терміну експлуатації та підвищення потужності понад номінальну.
Практично всі блоки підлягають реконструкції, так як вони експлуатуються вже більш 15 років. А середній вік ядерних реакторів перевищив вже 20 років. На момент спорудження більшості ядерних реакторів вважалося, що вони працюватимуть не більше 40 років. Проте вже зараз є необхідність виконання робіт по модернізації існуючих і створенню додаткових систем безпеки. А для збереження ядерних потужностей, власники використовують методи подовження терміну роботи ядерних реакторів та підвищення потужності понад номінальну.

Подовження терміну експлуатації ядерних реакторів та процеси старіння вузлів та елементів взаємопов’язані. В процесі експлуатації на елементи АЕС постійно діють ряд чинників, які сприяють старінню матеріалу:

  • Опромінення;
  • Теплові навантаження;
  • Механічні навантаження;
  • Корозія та зношування;

Природно, що коли термін експлуатації електростанції подовжують старіння проходить швидше та його наслідки проявляються все частіше. В наслідок старіння властивості матеріалів погіршуються і згодом процеси старіння призводять до поступового зростання частоти відмов та інших інцидентів на АЕС, які несуть ризик великої аварії.

Підвищення потужності понад номінальну – економічно привабливий для власників АЕС варіант. Підвищення потужності АЕС понад номінальну проводять:

  • підвищуючи тепловий ККД при незмінній потужності реактора;
  • підвищення теплової потужності реактора, найчастіше підвищення температури теплоносія.

Теплову потужність реактора з водою під тиском підвищують шляхом підвищення середньої температури теплоносія, а разом з тим і температури активної зони. Це призводить до зменшення запасів безпеки. Крім того зростає кількість радіоактивних речовин в активній зоні, та ускладнюються заходи, спрямовані на контроль над аварійними ситуаціями.

Останнім часом докладається дедалі більше зусиль, щоб підвищити ступінь вигорання палива (отримується більше енергії з тони палива). Це збільшує небезпеку руйнування оболонки паливних елементів з наступним радіоактивним зараженням теплоносія та зменшує запаси безпеки. Все це призводить до збільшення імовірності аварії на АЕС та негативних наслідків після інциденту.

Здебільшого машини працюють доти, доки вони вийдуть з ладу, але в роботі ядерних реакторів ця засада неприпустима.
До аварій на АЕС можуть привести помилки в проектуванні, будівництві, експлуатації та ремонті обладнання, а також зовнішні чинники – повені, пожежі, землетруси й смерчі. Корозія, вібрація, перенапруження та спрацювання деталей внаслідок тривалої експлуатації можуть спричинити якусь незначну хибу в роботі, а вона призведе до інших, які годі передбачити навіть за допомогою комп’ютерів.