Сторінка
5

Матеріально-енергетичні баланси промислового виробництва і шляхи вирішення еколого-виробничих проблем

Рис. 48. Рівні кислотності природної дощової і морської води в порівнянні з кислотними розчинами

Аналізуючи перспективи розвитку світової економіки в наступні 50 років, футурологи передбачають різке збільшення використання викопних вуглеводневих енергетичних ресурсів: у середньому за кожне десятиріччя ХХІ ст. буде використовуватись палива більше, ніж за останні 50 років ХХ ст. (табл. 28). Отже, гострота екологічних проблем не зменшиться.

Системи технологій АЕС і проблеми радіаційної безпеки

Перший атомний реактор було побудовано 1942 року в США під керівництвом італійського вченого Е. Фермі, а в СРСР — 1946 р. під керівництвом І. В. Курчатова.

Атомний, а точніше ядерний, реактор — це апарат, що в ньому відбувається ланцюгова реакція ділення ядер ато­мів важких елементів. У сучасних ядерних реакторах ви­користовують уран. Ділення ядер урану стає можливим за опромінювання їх нейтронами (рис. 49).

Це явище було відкрито (1939 р.) німецькими вченими О. Ганом і Ф. Штрасманом. Природний уран є сумішшю трьох ізотопів: U (99,3%), U (0,7%) і U (останнього є найменше — лише один атом на 17 000 атомів урану-238). В ядерний реактор завантажують або природний уран чи його сполуки, або уран, дещо збагачений ізотопом U-235, бо ли­ше останній під дією нейтронів може ділитись у режимі відносно керованої ланцюгової ядерної реакції за забезпечення належних умов.

У природному урані завжди існують вільні нейтро­ни, які виділяються за ділення ядер урану-235 і інших, але ланцюгової реакції при цьому не відбувається, оскільки ядра ізотопу урану-238, яких у 140 разів більше, ніж урану-235, поглинають нейрони, перериваючи в зародку ланцюговий процес ділення ядер. Крім того, далеко не кожне попадання нейтрона в ядро урану-235 спричиняє його ділення: більша частина нейтронів високої енергії (~ 2 МеV) просто пронизує ядро наскрізь.

Невдовзі виявилось, що ділення ядра урану-235 активізується під впливом так званих повільних (теплових) нейтронів зі швидкістю, близькою до теплового руху атомів, — 0,025 еV. В атомному реакторі це досягається спеціальними уповільнювачами (графіт, берилій, вода), проходячи через які нейтрони знижують швидкість, отже й енергію, до теплових її величин.

На рис. 49 показано, що в процесі розкладу атома урану-235 виділяється близько 200 МеV. А скільки енергії виділяє, наприклад, 1g урану?

Послуговуючись прикладом (див. 2.1.5), визначимо кількість атомів — n в 1g урану-235.

Відтак енергія, яка виділяється за розпаду 1g урану-235, дорівнює:

За даними табл. 5 — 1 еV = 1,6 × 10-19J. Отже, з 1g урану-235 виділиться енергії , або 82 000 000 MJ/kg, що перевищує енергію вугілля (q = 30 MJ/kg) майже у 2,7 × 106 разів і еквівалентно 22,7 × 106 kW × h.

Схему системи технологій атомної енергетики подано на рис. 50.

До 1986 р. апологети атомної енергетики особливо підкреслювали виняткову екологічну чистоту і технічну безпеку АЕС. На початку 1986 р. у світі вже працювало 350 енергетичних атомних реакторів загальною потужністю понад 250 000 MW.

Поряд з атомними реакторами з графітовою кладкою типу РБМК-1000 було введено в експлуатацію водо-водяні реактори ВВЕР-1000 (рис. 51)*.

Рис. 51. Схема енергоматеріальних потоків блоку атомної електростанції (АЕС):

1 — атомний котел; 2 —елементи з ядерним паливом, що виділяють тепло; 3 — стержні, які регулюють коефіцієнт розмноження нейтронів (енергоактивність); 4 — первинний водяний контур високого тиску; 5 — вторинний пароводяний контур; 6 — парова турбіна; 7 — електрогенератор; 8 — теплообмінник; 9 — насос.

Засадні обгрунтування економічних і екологічних переваг АЕС базувались на таких твердженнях:

1. Ресурси урану для атомної енергетики дорівнюють ресурсам вугілля, нафти й газу разом узятим.

2. АЕС економлять дефіцитне органічне паливо (нафту і газ).

3. АЕС не споживають кисню і майже не викидають шкідливих газів і твердих продуктів.

4. За збільшення потужності всіх діючих електростанцій, навіть у кількадесят разів, глобальне радіоактивне забруднення становитиме не більше 1% від рівня природної радіації на планеті.

5. Атомна енергетика ліквідує прірву між багатими й бідними державами, зменшить загрозу насильницького перерозподілу світових ресурсів.

Такі оцінки були дуже популярні до 26 квітня 1986 р., коли в Україні сталася катастрофа — вибухнув атомний реактор РБМК-1000 Чорнобильської АЕС. Це була перша й донині єдина аварія такого великого масштабу. За оцінками закордонних фахівців на ліквідацію наслідків катастрофи необхідні витрати в розмірі понад 150 млрд доларів США.

Усіма державами світу було переглянуто й суттєво скорочено програми дальшої будови АЕС.