Энергия и человек” Ким Виолетта Владимировна ученица 10А класса



Скачать 308.03 Kb.
Дата30.04.2016
Размер308.03 Kb.
ТипРеферат
Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение

Средняя общеобразовательная школа №2029

Проектная работа по физике:

,,Энергия и человек”

Выполнила:

Ким Виолетта Владимировна

ученица 10А класса

Руководитель проекта:

Торбина Татьяна Федоровна

учитель физики высшей категории

Москва 2013/2014 учебный год

Одним из основных факторов уровня развития общества, является его энергетическая база, причем потребности человечества в энергии удваиваются каждые 10-15 лет.

Современная энергетика является топливной и более чем на 90% базируется на использовании химических топлив на основе природных горючих ископаемых: нефти, угля, газов, продуктов их переработки. А как известно все эти ресурсы ограничены и будут в конце концов истощены. Такое положение определяет поиск новых источников энергии и получение на их основе синтетических топлив.

Оглавление

1.Аннотация

2.Введение

3.Основное содержание.

1.Атомная энергия и человек.

2.Сколько энергии человеку надо?

3.Воздействие атомных станций на окружающую среду.

4.Выбросы и сбросы вредных веществ при эксплуатации АС. Перенос радиоактивности в окружающей среде.

5.Воздействие радиоактивных выбросов на организм человека.

6.Виды радиоактивного излучения.

7.Пути проникновения радиации в организм человека.

8.Органы, подвергающие облучению.

9.Органические опасные воздействия АС на экосистемы.

10.Уничтожение опасных отходов.

11.О нормировании уровня загрязнения окружающей среды.

12. Атомная энергия.

4.Выводы

5.Заключение

6.Список литературы

Аннотация

За последние сто лет в повседневную жизнь вошли электричество, автомобиль и самолет, радио и телефон, телевизор и еще многое другое, о чем мы вспоминаем лишь тогда, когда это вдруг исчезает из обихода. Как всякий сложный механизм, этот созданный человеком мир хрупок и недолговечен, если мы не найдем способа защитить и сохранить его.

Запасы энергии на Земле ограничены и сосредоточены, в основном, в ядрах урана и тория, которые родились в «звездных тиглях» еще до образования Земли и Солнечной системы. Сегодня эту реальность понимают лишь несколько человек из миллиона, но для сохранения уровня и достижений современной цивилизации их усилий явно недостаточно: для этого должно измениться мироощущение всего человеческого сообщества. Особое значение имеет распространение радиоактивных веществ в окружающем пространстве. В комплексе сложных вопросов по защите окружающей среды большую общественную значимость имеют проблемы безопасности атомных станций (АС), идущих на смену тепловым станциям на органическом ископаемом топливе.

Конечно, проблема атомной энергии не изолирована: это только одна сторона «бермудского треугольника» энергия — экология — экономика, из которого во что бы то ни стало надо найти выход. Масштаб этой задачи в ранг инженерных дисциплин: в ней еще не решены многие чисто научные проблемы, для решения которых необходим энергии, чтобы помочь ее решению всей мощью государства. энтузиазм молодости, вдохновленный величием предстоящих задач, и лидеры масштаба Ферми и многократно превышает сложность задач, которые пришлось решать при создании ядерного оружия. Похоже, ядерную энергетику слишком рано перевели Курчатова



Введение

Сейчас, как никогда остро встал вопрос, о том, каким будет будущее планеты в энергетическом плане. Что ждет человечество - энергетический голод или энергетическое изобилие? В газетах и различных журналах все чаще и чаще встречаются статьи об энергетическом кризисе. Из-за нефти возникают войны, расцветают и беднеют государства, сменяются правительства. К разряду газетных сенсаций стали относить сообщения о запуске новых установок или о новых изобретениях в области энергетики. Разрабатываются гигантские энергетические программы, осуществление которых потребует громадных усилий и огромных материальных затрат.

На пороге 21 века, и они трезво отдают себе отсчет в реальностях третьего тысячелетия. К сожалению, запасы нефти, газа, угля отнюдь не бесконечны. Природе, чтобы создать эти запасы, потребовались миллионы лет, израсходованы они будут за сотни. Сегодня в мире стали всерьез задумываться над тем, как не допустить хищнического разграбления земных богатств. Ведь лишь при этом условии запасов топлива может хватить на века. К сожалению, многие нефтедобывающие страны живут сегодняшним днем. Они нещадно расходуют подаренные им природой нефтяные запасы. Сейчас многие из этих стран, особенно в районе Персидского залива, буквально купаются в деньгах, не задумываясь, что через несколько десятков лет эти запасы иссякнут. Что же произойдет тогда, а это рано или поздно случится, когда месторождения нефти и газа будут исчерпаны? Вероятность скорого истощения мировых запасов топлива, а также ухудшение экологической ситуации в мире, заставили задуматься о других видах топлива, способных заменить нефть и газ.

Сейчас в мире все больше ученых инженеров занимаются поисками новых, нетрадиционных источников которые могли бы взять на себя хотя бы часть забот по снабжению человечества энергией. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии включают солнечную, ветровую, геотермальную энергию, биомассу и энергию Мирового океана.

Задачи:


  1. Развивать интерес к предмету

  2. Развивать умение

  3. Научиться работать с литературой, показать свои знания и умения в проектной деятельности, применять знания в нестандартных ситуациях, реализовывать творческие способности

  4. Закрепление навыков практического применения законов физики, развитие межпредметных связей.

Цель работы:

  1. Развивать умение проектировать, мыслить в процессе изучения энергетических проблем

  2. Воспитывать чувство нравственности и ответственности

  3. Формирование навыков самостоятельная работа с большими объемами информации

  4. Формирования критического мышления

  5. Приобретать умение видеть проблему и наметить пути её решения

Атомная энергия и человек

Современную цивилизацию отличают от всех предшествующих эпох два основных качества: обилие потребляемой энергии и совершенная система коммуникаций. Именно они составляют основу всех достижений технологии, и техники нашего времени. Их символами стали атомная энергия, спутник, компьютер и сотовый телефон. За последние сто лет в повседневную жизнь вошли электричество, автомобиль и самолет, радио и телефон, телевизор и еще многое другое, о чем мы вспоминаем лишь тогда, когда это вдруг исчезает из обихода. Как всякий сложный механизм, этот созданный человеком мир хрупок и недолговечен, если мы не найдем способа защитить и сохранить его.

Запасы энергии на Земле ограничены и сосредоточены, в основном, в ядрах урана и тория, которые родились в «звездных тиглях» еще до образования Земли и Солнечной системы. Сегодня эту реальность понимают лишь несколько человек из миллиона, но для сохранения уровня и достижений современной цивилизации их усилий явно недостаточно: для этого должно измениться мироощущение всего человеческого сообщества.

В начале нашей эры на Земле обитало 200-300 миллионов человек, и тысячу лет спустя эта численность существенно не менялась. В середине второго тысячелетия население планеты стало быстро расти: во времена Колумба (~1500 г.) на Земле жило ~500 млн. человек, при Галилее (~1600 г.) их стало ~550 млн., при Ньютоне (~1700 г.) их было уже ~650 млн., а в начале XIX века Уатт и Фарадей были современниками ~1 млрд. человек. В последнее столетие число обитателей нашей планеты удваивалось каждые 40- 50 лет: при Планке, в начале XX века — 1.6 млрд., к концу XX века — 6 млрд. Нетрудно сосчитать, что при таком темпе размножения людей уже через две тысячи лет их масса превысит массу Земли.



Рост населения Земли с начала новой эры

Абсурдность такой экстраполяции очевидна, и действительно, программа, управляющая волной жизни человечества, уже начала меняться. В 1900 г. скорость прироста населения Земли составляла ~10 млн./год и в дальнейшем непрерывно росла, вплоть до 1989 года, когда она достигла максимума (87.9 млн./год). С тех пор, впервые за всю писаную историю, она устойчиво падает и в 2004 г. составила уже 72.5 млн./год. По оптимистическим прогнозам эта скорость к концу XXI века упадет до нуля, а численность людей на Земле стабилизируется на уровне ~10-12 млрд.

Мощь такой массы людей, владеющих огромной энергией, сравнима с геологическими факторами, от которых зависит будущее нашей планеты. «Раньше природа угрожала человеку, теперь человек угрожает природе» — говорил Жак Ив Кусто.



Сколько энергии человеку надо?

Среднесуточная норма энергии, которую человек потребляет с пищей, равна примерно 2-3 тыс. килокалорий = (0.8- 1.3) • 107 джоулей (энергия сгорания ~300 г. угля). Таким образом, средняя мощность жизнедеятельности человека составляет всего ~120 Вт, т.е. примерно равна мощности горящей спички. На Земле живет сейчас 6.3 млрд. человек и суммарная мощность их жизнедеятельности равна ~0.8·1012Вт.

Со времени изобретения машин человек увеличил свою мощность многократно. В начале XX в. за счет ветра, пара, энергии рек и домашних животных эта мощность в развитых странах выросла до 0.5 кВт на человека, а к началу XXI в. мировое производство энергии составило 1.3 • 1013 Вт, т.е. в среднем ~2 кВт на человека, в двадцать раз больше, чем он потребляет с пищей.

На протяжении столетий дополнительным, помимо пищи, источником энергии человеку служила энергия ветра и рек, древесина и домашние животные, т.е., по существу, энергия термоядерных топок Солнца, запасенная в атмосфере, океане, растениях. В XVIII в. повсеместно стали использовать уголь — ту же энергию Солнца, но запасенную растениями сотни миллионов лет назад, задолго до появления человека. В конце XIX в. нефть повсеместно начала вытеснять уголь, особенно после появления автомобилей и самолетов. Наконец, в XX в. стали активно использовать природный газ, который так же быстро потеснил нефть.



Рост населения Земли с 1760 г. по 2050

К началу XXI в. в топках ежегодно сжигалось ~12 млрд. (1.2 • 1010) т условного топлива (1 тут = 7 • 109 кал = 2.94 • 1010 Дж), в основном, уголь (36%), нефть (38%) и газ (26%). При этом освобождается ~3.6 • 1020 Дж энергии, из которой ~1/3 (~1.2 • 1020 Дж) тратится на производство электричества. С учетом принятого коэффициента конверсии тепла в электричество = 0.375) за год все тепловые станции мира производят 0.44 • 1020 Дж( электричества (~1.4 • 1012 Вт), что составляет ~65% всех электрических мощностей планеты. Остальные 35% восполняются примерно поровну гидростанциями и атомными станциями, а также (~0.5%) -— другими источниками (солнечная, ветровая, геотермальная и прочие). Полная тепловая мощность энергетики на начало XXI века составила 1.34 • 1013 Вт из которых в виде электричества потреблялось лишь 2.1 • 1012 Вт (~15%), а из них 0.36 • 1012 Вт (~17%) обеспечивала атомная энергетика: пока мало, но больше, чем мощность всей электроэнергетики мира в 1954 г., когда была запущена первая атомная электростанция.

Легко видеть, что все благополучие нынешней цивилизации покоится, в основном, на запасах угля, нефти и газа. Как надолго их хватит, зависит от наших теперешних и прогнозируемых потребностей. Со времени открытия Америки население нашей планеты выросло в 15 раз, и только за последнее столетие увеличилось в 4 раза. По прогнозам, к середине XXI в. производство энергии удвоится, а электричества — утроится. Кроме того, сегодняшнее распределение энергии крайне неравномерно: например, в Эфиопии приходится ~100 Вт на человека, в России ~6 кВт, а в США — 12 кВт; 1/4 населения земного шара потребляет 3/4 производимой энергии, из которой ~1/3 энергии потребляют жители США, которых только 4.6% от населения мира. А ~1/3 населения планеты до сих пор не имеет доступа к электричеству. Следствием этого будут либо войны (они уже начались), либо постепенное выравнивание уровней потребления, что еще более увеличит поток энергии. К середине XXI в. мощность производимой энергии (~3 • 1013 Вт) сравняется с энергией, излучаемой из недр Земли (3.2 • 1013 Вт), и составит ~0.03% от мощности потока солнечной энергии, которая поглощается в атмосфере Земли и достигает ее поверхности (~1017Вт).

Много это или мало для нарушения сложных самосогласованных процессов в биосфере Земли? Сегодня с уверенностью ответить на этот вопрос никто не может, хотя это еще не дает оснований для благодушия (даже самые мощные и разрушительные торнадо зарождаются от малых и незаметных вихрей). Проблема эта уже имеет название — «тепловое загрязнение биосферы» и находится в ряду многих, обусловленных резким ростом производства энергии. (В предстоящие полвека энергии будет произведено столько же, сколько за всю предшествующую историю человека).

При нынешнем темпе расходования природного органического топлива нефть и газ к концу XXI века будут, по-видимому, исчерпаны. Запасов угля хватит еще на 200-300 лет, но это не спасает ситуацию, поскольку при этом возникает другая проблема — загрязнение атмосферы продуктами сгорания угля, в основном сернистым и углекислым газами. Уже сегодня в атмосферу выбрасывается в виде CO2 6.5 млрд. т углерода в год, — по тонне на каждого обитателя планеты, а при «угольном» сценарии развития энергетики эти выбросы возрастут многократно. По утверждению экологов, следствием этого будет «парниковый эффект», т.е. повышение средней температуры атмосферы Земли, таяние полярных ледников и сопутствующие этому природные катастрофы глобального масштаба: подъем уровня мирового океана, затопление прибрежных городов, засухи, ураганы и наводнения, а также изменение климата целых регионов. Насколько верны эти предсказания пока неясно, но точно известно, что изменение климата — процесс инерционный и, раз начавшись, он неостановим на протяжении тысячелетий, как это случилось в эпоху последнего ледникового периода, который закончился всего 12 тысяч лет назад. Сомнительно, что наша изощренно сложная и хрупкая цивилизация выдержит такой грубый натиск природы. Перед лицом этого глобального вызова бледнеют все политические амбиции и национальные распри, но, к сожалению, понимают это и принимают всерьез все те же несколько человек на миллион. Или — меньше.



Воздействие атомных станций на окружающую среду
Техногенные воздействия на окружающую среду при строительстве и эксплуатации атомных электростанций многообразны. Обычно говорят, что имеются физические, химические, радиационные и другие факторы техногенного воздействия эксплуатации АЭС на объекты окружающей среды.
Наиболее существенные факторы -

  • локальное механическое воздействие на рельеф - при строительстве,

  • повреждение особей в технологических системах - при эксплуатации,

  • сток поверхностных и грунтовых вод, содержащих химические и радиоактивные компоненты,

  • изменение характера землепользования и обменных процессов в непосредственной близости от АЭС,

  • изменение микроклиматических характеристик прилежащих районов.

Возникновение мощных источников тепла в виде градирен, водоемов - охладителей при эксплуатации АЭС обычно заметным образом изменяет микроклиматические характеристики прилежащих районов. Движение воды в системе внешнего теплоотвода, сбросы технологических вод, содержащих разнообразные химические компоненты оказывают травмирующее воздействие на популяции, флору и фауну экосистем.
Особое значение имеет распространение радиоактивных веществ в окружающем пространстве. В комплексе сложных вопросов по защите окружающей среды большую общественную значимость имеют проблемы безопасности атомных станций (АС), идущих на смену тепловым станциям на органическом ископаемом топливе. Общепризнанно, что АС при их нормальной эксплуатации намного - не менее чем в 5-10 раз "чище" в экологическом отношении тепловых электростанций (ТЭС) на угле. Однако при авариях АС могут оказывать существенное радиационное воздействие на людей, экосистемы. Поэтому обеспечение безопасности экосферы и защиты окружающей среды от вредных воздействий АС - крупная научная и технологическая задача ядерной энергетики, обеспечивающая ее будущее.
Выбросы и сбросы вредных веществ при эксплуатации АС
Перенос радиоактивности в окружающей среде

Исходными событиями, которые, развиваясь во времени, в конечном счете, могут привести к вредным воздействиям на человека и окружающую среду, являются выбросы и сбросы радиоактивности и токсических веществ из систем АС. Эти выбросы делят на газовые и аэрозольные, выбрасываемые в атмосферу через трубу, и жидкие сбросы, в которых вредные примеси присутствуют в виде растворов или мелкодисперсных смесей, попадающие в водоемы. Возможны и промежуточные ситуации, как при некоторых авариях, когда горячая вода выбрасывается в атмосферу и разделяется на пар и воду.
Выбросы могут быть как постоянными, находящимися под контролем эксплуатационного персонала, так и аварийными, залповыми. Включаясь в многообразные движения атмосферы, поверхностных и подземных потоков, радиоактивные и токсические вещества распространяются в окружающей среде, попадают в растения, в организмы животных и человека. На рисунке показаны воздушные, поверхностные и подземные пути миграции вредных веществ в окружающей среде. Вторичные, менее значимые для нас пути, такие как ветровой перенос пыли и испарений, как и конечные потребители вредных веществ на рисунке не показаны.

Воздействие радиоактивных выбросов на организм человека
Рассмотрим механизм воздействия радиации на организм человека: пути воздействия различных радиоактивных веществ на организм, их распространение в организме, депонирование, воздействие на различные органы и системы организма и последствия этого воздействия. Существует термин "входные ворота радиации", обозначающий пути попадания радиоактивных веществ и излучений изотопов в организм.
Различные радиоактивные вещества по-разному проникают в организм человека. Это зависит от химических свойств радиоактивного элемента.



Виды радиоактивного излучения


Альфа-частицы представляют собой атомы гелия без электронов, т.е. два протона и два нейтрона. Эти частицы относительно большие и тяжелые, и поэтому легко тормозят. Их пробег в воздухе составляет порядка нескольких сантиметров. В момент остановки они выбрасывают большое количество энергии на единицу площади, и поэтому могут принести большие разрушения. Из-за ограниченного пробега для получения дозы необходимо поместить источник внутрь организма. Изотопами, испускающими альфа- частицы, являются, например, уран (235U и 238U) и плутоний (239Pu).

Бета-частицы - это отрицательно или положительно заряженные электроны (положительно заряженные электроны называются позитроны). Их пробег в воздухе составляет порядка нескольких метров. Тонкая одежда способна остановить поток радиации, и, чтобы получить дозу облучения, источник радиации необходимо поместить внутрь организма, изотопы, испускающие бета-частицы - это тритий (3H) и стронций (90Sr).

Гамма-радиация - это разновидность электромагнитного излучения, в точности похожая на видимый свет. Однако энергия гамма-частиц гораздо больше энергии фотонов. Эти частицы обладают большой проникающей способностью, и гамма-радиация является единственным из трех типов радиации, способной облучить организм снаружи. Два изотопа, излучающих гамма-радиацию, - это цезий (137Сs) и кобальт (60Со).



Пути проникновения радиации в организм человека


Радиоактивные изотопы могут проникать в организм вместе с пищей или водой. Через органы пищеварения они распространяются по всему организму.

Радиоактивные частицы из воздуха во время дыхания могут попасть в легкие. Но они облучают не только легкие, а также распространяются по организму.

Изотопы, находящиеся в земле или на ее поверхности, испуская гамма-излучение, способны - облучить организм снаружи. Эти изотопы также переносятся атмосферными осадками.


Органы, подвергающиеся облучению

Ограничение опасных воздействий АС на экосистемы

АС и другие промышленные предприятия региона оказывают разнообразные воздействия на совокупность природных экосистем, составляющих экосферный регион АС. Под влиянием этих постоянно действующих или аварийных воздействий АС, других техногенных нагрузок происходит эволюция экосистем во времени, накапливаются и закрепляются изменения состояний динамического равновесия. Людям совершенно небезразлично, в какую сторону направлены эти изменения в экосистемах, насколько они обратимы, каковы запасы устойчивости до значимых возмущений. Нормирование антропогенных нагрузок на экосистемы и предназначено для того, чтобы предотвращать все неблагоприятные изменения в них, а в лучшем варианте направлять эти изменения в благоприятную сторону. Чтобы разумно регулировать отношения АС с окружающей средой нужно конечно знать реакции биоценозов на возмущающие воздействия АС. Подход к нормированию антропогенных воздействий может быть основан на эколого-токсикогенной концепции, т.е. необходимости предотвратить "отравление" экосистем вредными веществами и деградацию из-за чрезмерных нагрузок. Другими словами нельзя не только травить экосистемы, но и лишать их возможности свободно развиваться, нагружая шумом, пылью, отбросами, ограничивая их ареалы и пищевые ресурсы.


Чтобы избежать травмирования экосистем должны быть определены и нормативно зафиксированы некоторые предельные поступления вредных веществ в организмы особей, другие пределы воздействий, которые могли бы вызвать неприемлемые последствия на уровне популяций. Другими словами должны быть известны экологические емкости экосистем, величины которых не должны превышаться при техногенных воздействиях. Экологические емкости экосистем для различных вредных веществ следует определять по интенсивности поступления этих веществ, при которых хотя бы в одном из компонентов биоценоза возникнет критическая ситуация, т.е. когда накопление этих веществ приблизится к опасному пределу, будет достигаться критическая концентрация. В значениях предельных концентраций токсикогенов, в том числе радионуклидов, конечно, должны учитывать и перекрестные эффекты. Однако этого, по-видимому, недостаточно. Для эффективной защиты окружающей среды необходимо законодательно ввести принцип ограничения вредных техногенных воздействий, в частности выбросов и сбросов опасных веществ. По аналогии с принципами радиационной защиты человека, упомянутыми выше, можно сказать, что принципы защиты окружающей среды состоят в том, что



  • должны быть исключены необоснованные техногенные воздействия,

  • накопление вредных веществ в биоценозах, техногенные нагрузки на элементы экосистем не должны превышать опасные пределы,

  • поступление вредных веществ в элементы экосистем, техногенные нагрузки должны быть настолько низкими, насколько это возможно с учетом экономических и социальных факторов.

АС оказывают на окружающую среду - тепловое, радиационное, химическое и механическое воздействие. Для обеспечения безопасности биосферы нужны необходимые и достаточные защитные средства. Под необходимой защитой окружающей среды будем понимать систему мер, направленных на компенсацию возможного превышения допустимых значений температур сред, механических и дозовых нагрузок, концентраций токсикогенных веществ в экосфере. Достаточность защиты достигается в том случае, когда температуры в средах, дозовые и механические нагрузки сред, концентрации вредных веществ в средах не превосходят предельных, критических значений. Итак, санитарные нормативы предельно - допустимых концентраций (ПДК), допустимые температуры, дозовые и механические нагрузки должны быть критерием необходимости проведения мероприятий по защите окружающей среды. Система детализированных нормативов по пределам внешнего облучения, пределам содержания радиоизотопов и токсичных веществ в компонентах экосистем, механическим нагрузкам могла бы нормативно закрепить границу предельных, критических воздействий на элементы экосистем для них защиты от деградации. Другими словами должны быть известны экологические емкости для всех экосистем в рассматриваемом регионе по всем типам воздействий.


Разнообразные техногенные воздействия на окружающую среду характеризуются их частотой повторения и интенсивностью. Например, выбросы вредных веществ имеют некоторую постоянную составляющую, соответствующую нормальной эксплуатации, и случайную составляющую, зависящую от вероятностей аварий, т.е. от уровня безопасности рассматриваемого объекта. Ясно, что чем тяжелее, опаснее авария, тем вероятность ее возникновения ниже. Нам известно сейчас по горькому опыту Чернобыля, что сосновые леса имеют радиочувствительность похожую на то, что характерно для человека, а смешанные леса и кустарники - в 5 раз меньшую. Меры предупреждения опасных воздействий, их предотвращения при эксплуатации, создания возможностей для их компенсации и управления вредными воздействиями должны приниматься на стадии проектирования объектов. Эти меры должны создать базу для активного управления состоянием окружающей среды.

Уничтожение опасных отходов

Особое внимание следует уделять такому мероприятиям, как накопление, хранение, перевозка и захоронение токсичных и радиоактивных отходов.


Радиоактивные отходы, являются не только продуктом деятельности АС, но и отходами применения радионуклидов в медицине, промышленности, сельском хозяйстве и науке. Сбор, хранение, удаление и захоронение отходов, содержащих радиоактивные вещества, регламентируются следующими документами:

  • СПОРО-85 Санитарные правила обращения с радиоактивными отходами. Москва: Министерство здравоохранения СССР, 1986;

  • Правила и нормы по радиационной безопасности в атомной энергетике. Том 1. Москва: Министерство здравоохранения СССР (290 страниц), 1989;

  • ОСП 72/87 Основные санитарные правила.

Для обезвреживания и захоронения радиоактивных отходов была разработана система "Радон", состоящая из шестнадцати полигонов захоронения радиоактивных отходов.
Выбор земельных участков для хранения, захоронения или уничтожения отходов осуществляется органами местного самоуправления по согласованию с территориальными органами Минприроды и Госсанэпиднадзора.
Вид тары для хранения отходов зависит от их класса опасности: от герметичных стальных баллонов для хранения особо опасных отходов до бумажных мешков для хранения менее опасных отходов. Для каждого типа накопителей промышленных отходов определены требования по защите от загрязнения почвы, подземных и поверхностных вод, по снижению концентрации вредных веществ в воздухе и содержанию опасных веществ в накопителях в пределах или ниже ПДК. Строительство новых накопителей промышленных отходов допускается только в том случае, когда представлены доказательства того, что не представляется возможным перейти на использование малоотходных или безотходных технологий или использовать отходы для каких-либо других целей.
Захоронение радиоактивных отходов происходит на специальных полигонах. Такие полигоны должны находиться в большом удалении от населенных пунктов и крупных водоемов. Очень важным фактором защиты от распространения радиации является тара, в которой содержатся опасные отходы. Ее разгерметизация или повышенная проницаемость
может способствовать отрицательное воздействие опасных отходов на экосистемы.

О нормировании уровня загрязнения окружающей среды

В Российском законодательстве имеются документы, определяющие обязанности и ответственность организаций по сохранности, защите окружающей среды. Такие акты, как Закон об охране окружающей природной среды, Закон о защите атмосферного воздуха, Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами играют определенную роль в сбережении экологических ценностей. Однако в целом эффективность природоохранных мероприятий в стране, мер по предотвращению случаев высокого или даже экстремально- высокого загрязнения окружающей среды оказывается очень низкой.


Природные экосистемы обладают широким спектром физических, химических и биологических механизмов нейтрализации вредных и загрязняющих веществ. Однако при превышении значений критических поступлений таких веществ, возможно наступление деградационных явлений - ослабление выживаемости, снижение репродуктивных характеристик, уменьшение интенсивности роста, двигательной активности особей. В условиях живой природы, постоянной борьбы за ресурсы такая потеря жизнестойкости организмов грозит потерей ослабленной популяции, за которой может развиться цепь потерь других взаимодействующих популяций. Критические параметры поступления веществ в экосистемы принято определять с помощью понятия экологических емкостей. Экологическая емкость экосистемы - максимальная вместимость количества загрязняющих веществ, поступающих в экосистему за единицу времени, которая может быть разрушена, трансформирована и выведена из пределов экосистемы или депонирована за счет различных процессов без существенных нарушений динамического равновесия в экосистеме. Типичными процессами, определяющими интенсивность "перемалывания" вредных веществ, являются процессы переноса, микробиологического окисления и биоседиментации загрязняющих веществ. При определении экологической емкости экосистем должны учитываться как отдельные канцерогенные и мутагенные эффекты воздействий отдельных загрязнителей, так и их усилительные эффекты из-за совместного, сочетанного действия. Какой же диапазон концентраций вредных веществ надлежит контролировать? Приведем примеры предельно допустимых концентраций вредных веществ, которые будут служить ориентирами в анализе возможностей радиационального мониторинга окружающей среды. В основном нормативном документе по радиационной безопасности - Нормах радиационной безопасности (НРБ-76/87) даны значения предельно-допустимых концентраций радиоактивных веществ в воде и воздухе для профессиональных работников и ограниченной части населения.
Все вопросы защиты окружающей среды составляют единый научный, организационно - технический комплекс, который следует называть экологической безопасностью. Следует подчеркивать, что речь идет о защите экосистем и человека, как части экосферы от внешних техногенных опасностей, т.е. что экосистемы и люди являются субъектом защиты. Определением экологической безопасности может быть утверждение, что
экологическая безопасность - необходимая и достаточная защищенность экосистем и человека от вредных техногенных воздействий
Обычно выделяют защиту окружающей среды как защищенность экосистем от воздействий АС при их нормальной эксплуатации и безопасность как систему защитных мер в случаях аварий на них. Как видно, при таком определении понятия "безопасность" круг возможных воздействий расширен, введены рамки для необходимой и достаточной защищенности, которые разграничивают области незначимых и значимых, допустимых и недопустимых воздействий. Отметим, что в основе нормативных материалов по радиационной безопасности (РБ) лежит идея о том, что слабейшим звеном биосферы является человек, которого и нужно защищать всеми возможными способами. Считается, что если человек будет должным образом защищен от вредных воздействий АС, то и окружающая среда также будет защищена, поскольку радиорезистентность элементов экосистем, как правило, существенно выше человека. Ясно, что это положение не является абсолютно бесспорным, поскольку биоценозы экосистем не имеют таких возможностей, какие есть у людей - достаточно быстро и разумно реагировать на радиационные опасности. Поэтому для человека в нынешних условиях основная задача – сделать все возможное для восстановления нормального функционирования экологических систем и не допускать нарушений экологического баланса.

Атомная энергия

Атомная энергия отличается от других видов энергии, прежде всего, своей концентрацией: при делении 1 г ядер урана выделяется энергия ~8 • 1010 Дж — примерно в три миллиона раз больше, чем при сгорании 1 г угля (~3 • 104 Дж). А это — главное условие успешной реализации термодинамических процессов с выделением тепла и выполнением работы. Кроме того, запасы энергии в ядерном топливе (уран и торий) в миллионы раз превышают запасы энергии в органическом топливе. Наконец, ядерная энергетика не загрязняет биосферу Земли выбросами окислов азота, углекислого и сернистого газов. По совокупности этих причин атомной энергии нет альтернативы в обозримой исторической перспективе.

Сегодня энергию ядра используют, главным образом, для производства электричества, и ее вклад в электрические мощности мира составляет ~17%. Мировое производство электроэнергии в начале XXI в. выросло почти в сто раз по сравнению с началом индустриальной эры (1930 г.), и нынешняя доля его потребления (~15%) будет, несомненно, расти: электричество — универсальный и самый удобный для пользования вид энергии. К тому же его можно передавать на большие расстояния и довести до каждого дома. Ядерная энергия, в силу уникальной ее концентрации, идеально приспособлена для централизованного производства электроэнергии. Она может покрыть все потребности в электричестве и, кроме того, большую часть потребностей транспорта, отопления и промышленной химии. В этом случае резко снизятся выбросы СО2 в атмосферу Земли, а нефть и газ будут сохранены будущим поколениям как исходное сырье для многочисленных химических производств: пластмасс, лекарств, синтетических материалов и т.д. («Нефть не топливо, — жечь можно и ассигнации», — убеждал современников Менделеев еще в конце XIX в. А полвека спустя Петр Леонидович Капица писал, что в будущем «...о сжигании угля, торфа и пр. в топках будут говорить как о варварстве...»).

Все эти аргументы и факты общедоступны и хорошо известны, и, тем не менее, люди повсеместно сопротивляются строительству АЭС, по этому поводу устраиваются референдумы и демонстрации, уходят в отставку правительства. Причина этого явления — не только в неосведомленности большей части людей относительно природы атомной энергии: как правило, они отождествляют ее с атомной бомбой. Суть возражений грамотных противников атомной энергии значительно серьезнее и кратко сводится к утверждению: она слишком дорога и опасна. По многим причинам: опасность ядерных аварий; проблема радиоактивных отходов; риск попадания ядерного оружия в руки террористов.



Атомная энергия, став частью большой энергетики, перестала быть чисто научной проблемой, и теперь ее будущее определяют не столько физики, сколько политики и экономисты, которые и стали арбитрами в споре ученых-ядерщиков с обеспокоенной общественностью. Для того, чтобы в этих спорах родилась истина, надо, прежде всего, уйти от двойных стандартов и не предъявлять атомной энергетике требований заведомо более жестких, чем другим видам техники. Нет слов, пример Чернобыля трагичен: 134 человека были госпитализированы с острой лучевой болезнью, 32 из них умерли в течение года и еще многие тысячи живут в ожидании неизвестных последствий малых доз радиации; эвакуированы сотни деревень, а общий экономический ущерб оценивается в ~10 млрд. долл. Но при этом никому не приходит в голову запретить автомобили, хотя каждый год только на дорогах России гибнет до 40 тыс. человек. Такие крупные аварии — не специфика ядерной энергетики, это плата за гигантскую концентрацию энергии. Взрыв на химическом комбинате в Бхопале (Индия) в 1984 г., унес жизни сразу 3300 человек и еще 200 тыс. пострадало от поражений зрения и дыхательных путей. Однако никто не потребовал на этом основании закрыть всю химическую промышленность. Точно так же прорыв плотины в Италии в 1964 г., когда единовременно погибли 500 человек, не остановил строительства гидростанций по всему миру. И мало кто знает, что 1 ГВт электричества в год, выработанный на угольных станциях, стоит жизни ~300 человек, в то время как на атомных — в пятьсот раз меньше. По оценкам, от загрязнения атмосферы ежегодно погибает ~3 млн. человек, а через 20 лет это число утроится, — тысяча Чернобылей ежедневно. Одним словом, за энергию надо платить, а как много — зависит от остроты и срочности проблемы. Радиоактивные отходы — еще одна проблема, которую нужно профессионально решать, а не пугать ею домохозяек и депутатов парламента. Прежде всего, надо усвоить разницу между отработавшим (облученным) ядерным топливом, (ОЯТ) и «ядерной золой» — радиоактивными отходами (РАО). Парламентские баталии, истерики в прессе и дебаты на телевидении в основе своей обусловлены именно непониманием этой разницы. ОЯТ на 95% состоят из урана-238, годного к многократному повторному использованию, и только на 5% — из «ядерной золы». Причем ~1/5 «золы» — это плутоний-239 — ценнейшее топливо и ядерная взрывчатка, ради которой и была в свое время создана вся атомная индустрия, о остальные 4/5 — смесь сотни изотопов тридцати различных радиоактивных элементов, среди которых у всех на слуху стронций-90, цезий-137, технеций-99, йод-129. Но по-настоящему опасны не они, а так называемые трансурановые элементы (изотопы плутония, нептуния, и, особенно, америция и кюрия), которых в РАО всего ~2%, то есть ~0.1% от веса отработавшего ядерного топлива. Атомная станция электрической мощностью 1 ГВт (гигаватт = 109 Вт) сжигает в год примерно 1 т урана, то есть производит ~1 т РАО, которые включают в себя ~200 кг плутония -239 и ~20 кг трансуранов. А вся ядерная энергетика мира (~360 ГВт) производит в год ~10 тысяч т ОЯТ, ~400 т РАО, ~80 т плутония и ~7 т (один трейлер) трансуранов. Для сравнения: одна тепловая станция равной мощности за год работы оставляет после себя ~300 тыс. т золы — больше, чем все ОЯТ (~200 тыс. тонн), накопленное в мире за все 50 лет существования ядерной энергетики. В этом ОЯТ содержится 10 тыс. т РАО, в том числе ~2 тыс. т плутония и ~200 т (~4 вагона) трансуранов.

Сегодня ученые еще не пришли к согласию, что делать с этими отходами: закапывать их глубоко в Землю, выбрасывать в космос или пережигать в реакторах. Но и это не причина, чтобы немедленно запретить энергию ядра: ядерная энергетика еще в самом начале своего развития и надо искать способы решения ее проблем, а не причины, по которым следует удушить ее в колыбели. И еще не ясно, что опаснее: локализованные и контролируемые отходы ядерной энергетики, массированное загрязнение атмосферы выбросами тепловых станций или же миллиарды т моющих средств, которые со временем могут полностью отравить почву и водоемы планеты. Наконец, проблема нераспространения ядерного оружия в эпоху, когда терроризм стал явлением повседневного быта. Прежде всего, терроризм — это вызов всем моральным и этическим нормам нынешней цивилизации, и, если мы хотим ее сохранить, то не следует ставить в зависимость от террористов ее будущее и, в частности, судьбу атомной энергии. Нет абсолютной защиты против целенаправленного зла, но можно и нужно снизить его риск, особенно в местах концентрации энергии. Для этого, прежде всего, надо решить проблему нераспространения ядерных материалов, т.е. перекрыть каналы хищения плутония и урана -235. (Сегодня только в хранилищах России накоплено 34 т плутония, а ведь для атомной бомбы достаточно всего ~5 кг). В существующей структуре атомной энергетики при увеличении ее масштабов вряд ли возможно исключить гарантированно риск такого хищения, поэтому вместо наращивания внешних защитных барьеров нужно найти способы внутренней защиты атомных объектов, независимые от «человеческого фактора». Решить кардинально эту проблему можно только одним способом: создать такие ядерные реакторы и технологии, которые не требуют выделения плутония и разделения изотопов урана, т.е. в корне изменить основу всей современной ядерной энергетики, изначально ориентированной на военные нужды.

Современный облик ядерной энергетики и ее нынешние проблемы определяются историей ее рождения: она появилась как побочный продукт программы создания ядерного оружия, которая требовала, прежде всего, срочно создать реактор для быстрой наработки плутония, а также найти способ разделения изотопов урана. Невиданный расцвет ядерной физики в послевоенные годы объясняется, в том числе, и беспрецедентной государственной поддержкой научных исследований в этой области (которая, в частности, помогла также становлению физики элементарных частиц). В то время некогда было думать ни о радиоактивных отходах, ни о доступных ресурсах урана, ни о безопасности сверх минимально необходимой, а тем более о террористах, бросающих вызов целым государствам. На наших глазах начинается второй этап развития ядерной энергетики, где все эти требования формулируются с самого начала и учитываются самым серьезным образом.

Сегодня атомная энергетика экономически действительно уступает тепловой, если судить ее по меркам примитивной рыночной экономики, а именно, требовать от нее быстрой прибыли. Для создания устойчивой ядерной энергетики будущего требуется 30-50 лет и для решения этой проблемы необходима долгосрочная стратегия ее развития.

Знаменательно, что за последнюю четверть века почти все атомные станции построены в развивающихся странах, а не в странах с давними демократическими традициями. И вряд ли случайно, что основы самой мощной атомной энергетики Европы (78% электричества) были заложены во Франции в то время, когда там правил генерал Шарль де Голль.

Для России с ее огромными пространствами и среднегодовой отрицательной температурой атомная энергия много важнее, чем для Франции. Каждую зиму пресса, парламент, телевидение, — все обличают и сокрушаются: в Приморье опять замерзают в школах дети, а дома обогревают буржуйками. Еще в советское время там планировали построить два блока АЭС мощностью в тысячу мегаватт каждый. И если бы эти планы были реализованы, сейчас ситуация была бы там, наверное, не столь катастрофичной. Для работы блока ВВЭР-1000 нужно примерно полвагона (~30 т) урана в год — вместо двух эшелонов угля (~10 тыс. т) ежедневно для питания ТЭЦ равной мощности. Как говорят в таких случаях — почувствуйте разницу, особенно в условиях российских просторов и бездорожья.

В истории России был эпизод, о котором сейчас почему-то вспоминать не любят. В 1765 г. Екатерина II начала культивировать в России картофель, ее начинание продолжили и Павел, и Александр I, но без особого успеха. Только после двух неурожаев хлеба подряд в 1839 и 1840 гг., под угрозой голода Николай I издал высочайшее повеление энергично и повсеместно внедрять в России «второй хлеб» — картофель и для этого повелел раздать крестьянам казенные семена, снабдить их наставлениями по возделыванию, хранению и употреблению картофеля, а также учредить премии и награды особо отличившимся на этом поприще. Царский рескрипт вызвал всеобщее неудовольствие крестьян и в 1842 г. в некоторых губерниях вспыхнули «картофельные бунты», которые пришлось усмирять при содействии военных команд, а местами — даже картечью. (Как говорил полвека спустя по другому поводу Сергей Юльевич Витте: «Против этой реформы была вся Россия: во-первых, по невежеству, во-вторых, по привычке»). К началу XX в. доля посевов картофеля в некоторых губерниях России достигла 20%.

Император Николай I был отнюдь не демократ, но о благе отечества заботился и советам ученых людей внимал. Но если бы ему вместо этого пришла в голову мысль провести всенародный «картофельный референдум», то результат его предугадать нетрудно. Современные либеральные идеи о референдуме по вопросу, об атомной энергии мало, чем отличаются от идеи «картофельного референдума», и в новых условиях они столь же несвоевременны и опасны, а их инициаторы — преступно недальновидны.

И еще: предприятие Николая I имело успех, прежде всего, потому, что он правильно выбрал направление усилий. Пользуясь своей абсолютной властью, он мог бы точно так же приказать повсеместно выращивать в России бананы (или кукурузу) — с известным результатом. Поэтому главная задача ядерного сообщества сегодня — разработать и предложить обществу и государству новую структуру ядерной энергетики и, прежде всего, создать экономичный, безопасный ядерный реактор, исключающий хищения ядерной взрывчатки и работающий на уране-238 (или тории-232, запасы которых на Земле практически неисчерпаемы).

Такого реактора еще нет и облик его пока не ясен в деталях, но нет сомнений, что его можно создать; полувековой опыт атомной науки и технологии тому пример. И, если сейчас не передать эстафету ядерных знаний новому поколению, то еще через двадцать лет проблему ядерной энергии придется решать заново, причем в условиях дефицита кадров и равнодушия общества к научным проблемам ядерной науки и технологии.



Выводы.

Энергетика - важнейшая отрасль народного хозяйства, охватывающая энергетические ресурсы, выработку, преобразование, передачу и использование различных видов энергии. Это основа экономики государства.

В настоящее время многие природные легкодоступные ресурсы планеты исчерпываются. Добывать сырье приходится на большой глубине или на морских шельфах. Ограниченные мировые запасы нефти и газа, казалось бы, ставят человечество перед перспективой энергетического кризиса. Однако использование ядерной энергии и угля дает человечеству возможность избежать этого, результаты фундаментальных исследований физики атомного ядра позволяют отвести угрозу энергетического кризиса путем использования энергии, выделяемой при некоторых реакциях атомных ядер.

Конечно, проблема атомной энергии не изолирована: это только одна сторона «бермудского треугольника» энергия — экология — экономика, из которого во что бы то ни стало надо найти выход. Масштаб этой задачи в ранг инженерных дисциплин: в ней еще не решены многие чисто научные проблемы, для решения которых необходим энергии, чтобы помочь ее решению всей мощью государства. энтузиазм молодости, вдохновленный величием предстоящих задач, и лидеры масштаба Ферми и многократно превышает сложность задач, которые пришлось решать при создании ядерного оружия. Похоже, ядерную энергетику слишком рано перевели Курчатова.

По-видимому, настоящий энергетический голод еще не наступил: население еще не преодолело естественный страх перед малознакомыми плодами ядерной энергетики, ученые пока не решили ее ключевых задач, а политики не прониклись исключительной важностью проблемы атомной энергии, чтобы помочь ее решению всей мощью государства.

А времени остается все меньше: ядерная энергетика — не картошка и, когда придет настоящий энергетический голод, внедрить ее за два года не получится.


Заключение

Энергетическая проблема - одна из важнейших проблем, которые сегодня приходится решать человечеству. Уже стали привычными такие достижения науки и техники, как средства мгновенной связи, быстрый транспорт, освоение космического пространства. Но все это требует огромных затрат энергии. Резкий рост производства и потребления энергии выдвинул новую острую проблему загрязнения окружающей среды, которое представляет серьезную опасность для человечества.

Мировые энергетические потребности в ближайшие десятилетия будут интенсивно возрастать. Какой-либо один источник энергии не сможет их обеспечить, поэтому необходимо развивать все источники энергии и эффективно использовать энергетические ресурсы.

На ближайшем этапе развития энергетики (до 2015 г.) и первые десятилетия XXI в. Наиболее перспективными останутся угольная энергетика и ядерная энергетика с реакторами на тепловых и быстрых нейтронах.

Сегодня масштабы потребления энергии цивилизаций даже второго класса выглядит фантастикой.

Однако можно надеяться, что человечество не остановится на пути прогресса, связанного с потреблением энергии во всевозрастающих количествах


Литература


  • Материалы и горючее для высокотемпературных ядерных энергетических установок. Перевод О. А. Алексеева. Москва."Атомиздат". 1966.г.

  • В. Ю. Рогинский. Электропитание радиоустройств."Энергия",Ленинград.1970.г.

  • Физические величины. Справочник.под.ред И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. Москва."Энергоатомиздат".1991.г.

  • Алиевский Б. Л. Специальные электрические машины. -М.: Энергоатомиздат, 1994 г.-206 с.

  • Поздняков Б. С, Коптелов Е. А. Термоэлектрическая энергетика. М., «Атомиздат», 1974 г., 264 с.

  • Караваев В. Т. Специальные электрические машины с частичным совмещением(элементы теории, схемы и конструкции).- Киров: РИО, 1999.- 538 с.

  • Термоэлектрические материалы и преобразователи. под.ред. Д. Б. Коровякова. Москва.изд."Мир". 1964.г.

  • Проблемы радиационной безопасности при обращениис радиоизотопными термоэлектрическими генераторами. «Атомная стратегия», Санкт-Петербург, N1(6) июнь 2003. Стр. 32.

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.courier.com.ru





  1. Д. Никитин, Ю. Новиков
    "Окружающая среда и человек", 1986 г.

  2. Ю.А. Израэль
    "Проблемы всестороннего анализа окружающей среды и принципы комплексного мониторинга"
    Ленинград, 1988 г.

  3. В.В. Бадев, Ю.А. Егоров, С.В. Казаков
    "Охрана окружающей среды при эксплуатации АЭС",
    Москва, Энергоатомиздат, 1990 г.


http://1kz.biz/battery

Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал