Кинетика реакторов Виды эффектов реактивности Воспроизводство ядерного топлива Регулирование реакторов Курсовой проект «Электрическая часть электростанций и подстанций» Облучение в результате радиоактивного загрязнения

Быстрый реактор БН , водо-водянной реактор ВВР. Курсовые проекты

Проблема защиты окружающей среды – одна из важнейших задач современности. Выбросы промышленных предприятий, энергетических систем и транспорта в атмосферу, водоемы и недра на современном этапе развития науки и техники достигли таких размеров, что в ряде районов, особенно в крупных промышленных центрах, уровни загрязнений в несколько раз превышают допустимые санитарные нормы. Проблема охраны окружающей среды является комплексной проблемой и имеет глобальный характер. Дальнейшее развитие человечества невозможно без комплексного учета социальных, экологических, технических, экономических, правовых и международных аспектов проблемы применительно не только к конкретному производственному циклу, но и в масштабах регионов, стран и всего мира.

Среди других промышленных отходов с высокой радиоактивностью, применявшихся в строительстве, следует назвать кирпич из красной глины-отхода производства алюминия, доменный шлак-отход черной металлургии и зольную пыль, образующуюся при сжигании угля.

Известны случаи применения в строительстве даже отходов урановых рудников. В 1952-1966 годах пустая порода из отвалов обогатительных фабрик, производящих урановый концентрат, применялась в качестве строительного материала и для засыпки строительных площадок под дома, особенно в городе Гранд-Джанкшен  (шт. Колорадо). В канадском городе Порт-Хоп (провинция Онтарио) для строительных целей использовали отходы, остающиеся после извлечения радия из руды. В обоих случаях пришлось вмешаться правительству и привлечь виновных к судебной ответственности за ущерб, причиненный здоровью людей, которые подверглись ничем не оправданному облучению.

Конечно, радиационный контроль строительных материалов заслуживает самого пристального внимания, однако главный источник радона в закрытых помещениях - это грунт. В некоторых случаях дома возводились прямо на старых отвалах горнодобывающих предприятий, содержащих радиоактивные материалы. Так, в США (шт. Колорадо) дома оказались построенными на отходах урановых рудников,»в Швеции - на отходах переработки глинозема, в Австралии - на отходах, оставшихся после извлечения радия, во Флориде - на регенерированной после добычи фосфатов территории. Но даже и в менее экзотических случаях просачивающийся сквозь пол радон представляет собой главный источник радиоактивного облучения населения в закрытых помещениях.

В Хельсинки максимальные концентрации радона, более чем в 5000 раз превосходящие его среднюю концентрацию в наружном воздухе, были обнаружены в домах, где единственным сколько-нибудь значительным его источником мог быть лишь грунт. Даже в Швеции, где при строительстве домов использовали глиноземистые цементы, главной причиной радиации, как показали недавние исследования, является эмиссия радона из земли.

Концентрация радона в верхних этажах многоэтажных домов, как правило, ниже, чем на первом этаже. Исследования, проведенные в Норвегии, показали, что концентрация радона в деревянных домах даже выше, чем в кирпичных, хотя дерево выделяет совершенно ничтожное количество радона по сравнению с другими материалами. Это объясняется тем, что деревянные дома, как правило, имеют меньше этажей, чем кирпичные, и, следовательно, комнаты, в которых проводились измерения, находились ближе к земле-основному источнику радона.

Скорость проникновения исходящего из земли радона в помещения фактически определяется толщиной и целостностью (т.е. количеством трещин и микротрещин) межэтажных перекрытий.  Этот вывод подтвердился при инспекции домов, построенных на регенерированных после добычи фосфатов землях во Флориде, а в Чикаго, например, в домах, стоящих прямо на земле, с земляными подвалами, были зарегистрированы концентрации радона, в 100 раз превышающие его средний уровень в наружном воздухе, хотя удельная радиоактивность грунта была самая обычная.

Из всего сказанного следует, что после заделки щелей в полу и стенах какого-либо помещения концентрация радона там должна уменьшиться. Исследования в этом направлении продолжаются, но некоторые обнадеживающие результаты уже получены. Особенно эффективное средство уменьшения количества радона, просачивающегося через щели в полу, - вентиляционные установки в подвалах. Кроме того, эмиссия радона из стен уменьшается в 10 раз при облицовке стен пластиковыми материалами типа полиамида, поливинилхлорида, полиэтилена или после покрытия стен слоем краски на эпоксидной основе или тремя слоями масляной краски. Даже при оклейке стен обоями скорость эмиссии радона уменьшается примерно на 30%.

Подпись:  
Сопоставление мощностей различных источников радона в типичном доме.

Подпись:  
Средняя концентрация радона (кБк/м3) в источниках воды.

Еще один, как правило менее важный, источник поступления радона в жилые помещения представляют собой вода и природный газ (рис. 3.9). Концентрация радона в обычно используемой воде чрезвычайно мала, но вода из некоторых источников, особенно из глубоких колодцев или артезианских скважин, содержит очень много радона (рис. 3.10). Такое высокое содержание радона было обнаружено, например, в воде артезианских колодцев в Финляндии и США, в том числе в системе водоснабжения Хельсинки, и примерно в той же концентрации в воде, поступающей в город Хот-Спрингс (шт. Арканзас). Наибольшая зарегистрированная удельная радиоактивность воды в системах водоснабжения составляет 100 млн. Бк/м3, наименьшая равна нулю. По оценкам НКДАР ООН, среди всего населения Земли менее 1% жителей потребляет воду с удельной радиоактивностью более 1 млн Бк/м3 и менее 10% пьют воду с концентрацией радона, превышающей 100000 Бк/м3.

Однако основная опасность, как это ни удивительно, исходит вовсе не от питья воды, даже при высоком содержании в ней радона. Обычно люди потребляют большую часть воды в составе пищи и в виде горячих напитков (кофе, чай). При кипячении же воды или приготовлении горячих блюд радон в значительной степени улетучивается и поэтому поступает в организм в основном с некипяченой водой. Но даже и в этом случае радон очень быстро выводится из организма.

Гораздо большую опасность представляет попадание паров воды с высоким содержанием радона в легкие вместе с вдыхаемым воздухом, что чаще всего происходит в ванной комнате. При обследовании домов в Финляндии оказалось, что в среднем концентрация радона в ванной комнате примерно в три раза выше, чем на кухне, и приблизительно в 40 раз выше, чем в жилых комнатах (рис. 3.12). А исследования, проведенные в Канаде, показали, что все семь минут, в течение которых был включен теплый душ, концентрация радона и его дочерних продуктов в ванной комнате быстро возрастала, и прошло более полутора часов с момента отключения  душа, прежде чем содержание радона вновь упало до исходного уровня (рис. 3.11).

Радон проникает также в природный газ под землей. В результате предварительной переработки и в процессе хранения газа перед поступлением его к потребителю большая часть радона улетучивается, но концентрация радона в помещении может заметно возрасти, если кухонные плиты, отопительные и другие нагревательные устройства, в которых сжигается газ, не снабжены вытяжкой. При наличии же вытяжки, которая сообщается с наружным воздухом, пользование газом практически не влияет на концентрацию радона в помещении.

Много радона, улетучившегося из природного газа в процессе предварительной переработки, попадает в сжиженный газ - побочный продукт этой обработки. Но в целом за счет природного газа в дома поступает значительно больше радиоактивного материала (в 10-100 раз), чем от более радиоактивного сжиженного газа, поскольку потребление природного газа гораздо выше.

К значительному повышению концентрации радона внутри помещений могут привести меры, направленные на экономию энергии. При герметизации помещений и отсутствии проветривания скорость  вентилирования помещения уменьшается. Это позволяет сохранить тепло, но приводит к увеличению содержания радона в воздухе.

Подпись:  
Удельная радиоактивность воздуха, обусловленная присутствием радона и его дочерних продуктов, в ванной комнате одного из домов в Канаде в течение семи минут работы теплого душа и после его отключения (концентрация радона в воде составляла 4400 Бк/м3).

Подпись:  
Средние значения удельной радиоактивности воздуха, обусловленной растворенным в воде радоном, в различных помещениях (по результатам обследования 20 домов в Финляндии).

Особенно это касается Швеции, где дома герметизируются особенно тщательно. Долгие годы считалось, что в этой стране не существует проблем, связанных с чрезмерным содержанием радона внутри домов, несмотря на присутствие глинозема в составе строительных материалов: обследование, проведенное в 1956 году, показало что для беспокойств такого рода нет достаточных оснований при существовавших в то время скоростях вентилирования помещений. Однако с начала 50-х годов, с проведением кампании за экономию энергии, скорости вентилирования помещений в домах Швеции постоянно уменьшались, и между 50-м и серединой 70-х годов уменьшились более чем вдвое; как следствие этого концентрация радона внутри домов увеличилась более чем в три раза (рис. 3.13). По оценкам, на каждый гигаватт-год электроэнергии, сэкономленной благодаря  герметизации помещений, шведы получили дополнительную дозу облучения в 5600 чел.-Зв.

«Шведская проблема» объясняется тщательной герметизацией помещений, относительно высоким выходом радона из земли при малоэтажности зданий и использованием глинозема в качестве добавки к строительным материалам. Что же касается других стран, то, согласно данным доклада НКДАР ООН за 1982 год (впрочем, гораздо более скудным), концентрация радона вместе с его дочерними продуктами внутри домов в 90% случаев составляет менее 50 Бк/м3, т.е. примерно в 25 раз выше среднего уровня в наружном воздухе, и всего лишь в нескольких процентах домов удельная радиоактивность воздуха внутри помещений превышает 100 Бк/м3. Напротив, в Швеции, согласно тому же докладу, более 30% домов относятся к последней категории, а средняя концентрация радона в домах по всей стране более чем в 4 раза превышает средние значения по другим странам умеренной климатической зоны.

Подпись:  
Увеличение концентрации радона внутри домов в Швеции при снижении скорости вентилирования помещений.

Впрочем, в последнее время появились некоторые данные, свидетельствующие о том, что Швеция не такое уж исключение из общего правила, как одно время полагали. В других странах также стали осознавать, что стоящие перед ними проблемы серьезнее, чем считалось до сих пор. Возможно, тот факт, что ситуация в Швеции выглядит тревожнее, частично объясняется тем, что здесь раньше, чем где бы то ни было, стали проводить исследования в данной области.

Доля домов, внутри которых концентрация радона и его дочерних продуктов составляет от 1000 до 10000 Бк/м3, лежит в пределах от 0,01 до 0,1% в различных странах. Это означает, что не так уж мало людей подвергаются заметному облучению из-за высокой концентрации радона внутри домов, где они живут. Однако в странах, где этот вопрос не стоит так остро, как в Швеции, 3/4 коллективной эквивалентной дозы, получаемой населением этих стран за счет радона, складывается из доз облучения в домах с удельной радиоактивностью воздуха в помещениях менее 100 Бк/м3. Эффективная эквивалентная доза облучения от радона и его дочерних продуктов составляет в среднем около 1мЗв/г, т.е., согласно текущим оценкам, около половины всей годовой дозы, получаемой человеком в среднем от всех естественных источников радиации.

Радон Лишь недавно ученые поняли, что наиболее весомым из всех естественных источников радиации является невидимый, не имеющий вкуса и запаха тяжелый газ (в 7,5 раза тяжелее воздуха) радон. Согласно текущей оценке НКДАР ООН, радон вместе со своими дочерними продуктами радиоактивного распада ответствен примерно за 3/4 годовой индивидуальной эффективной эквивалентной дозы облучения, получаемой населением от земных источников радиации, и примерно за половину этой дозы от всех естественных источников радиации. Большую часть этой дозы человек получает от радионуклидов, попадающих в его организм вместе с вдыхаемым воздухом, особенно в непроветриваемых помещениях.

Другие источники радиации Уголь, подобно большинству других природных материалов, содержит ничтожные количества первичных радионуклидов. Последние, извлеченные вместе с углем из недр земли, после сжигания угля попадают в окружающую среду, где могут служить источником облучения людей.

Источники, созданные человеком 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.

Ядерные взрывы За последние 40 лет каждый из нас подвергался облучению от радиоактивных осадков, которые образовались в результате ядерных взрывов. Речь идет не о тех радиоактивных осадках, которые выпали после бомбардировки Хиросимы и Нагасаки в 1945 году, а об осадках, связанных с испытанием ядерного оружия в атмосфере.

2.4. Экономичность

Экономичность PIFAHOR обусловлена отсутствием твэльной технологии и предприятий замкнутого топливного цикла, отсутствием необходимости вывода АЭС из эксплуатации и сооружения хранилищ ОЯТ и РАО, простотой запуска открытого ториевого цикла и возможностью использования талеток ОЯТ из тепловыделяющих сборок (ОТВС), простотой эксплуатации и низкими транспортными расходами, низкими требованиями к чистоте материалов (свинец, топливо и др.). Нижняя оценка затрат на материалы (топливо, свинец, чугун, бетон и пр.) реактора тепловой мощностью 5 ГВт составляет 100 млн. долларов США. Верхняя – 200 млн. Сооружение АЭС не требует сложных технологий и оборудования, поэтому общая стоимость станции не должна превышать 500 млн. долларов, т.е. 250 млн. долларов за 1 ГВт(эл). По грубым оценкам стоимость электроэнергии 0.4 цент/кВт-час.

2.5. Обеспеченность ресурсами.

 Обеспеченность топливом стартовой загрузки решается по известной схеме, но существенно упрощенной в части изготовления топлива, готового к загрузке в реактор.

Проблема обеспеченности собственным ураном решается благодаря наличию в мире ~1500 тыс. т обедненного урана в виде UF6 (в России около 600 тыс. т), пригодного для загрузки в реактор после его конверсии до порошков диоксида или закиси-окиси урана-238, а также благодаря простоте запуска ториевого цикла на диоксиде тория 232Th02.

 Возможно также использование таблеток ОЯТ после механической разделки ОТВС тепловых реакторов, в которых содержится не менее 1000 т плутония и остаточного U-235.

 В мире накоплено и более 300 т Pu02 (в России ~40 т), хранящегося в контейнерах и без какой-либо подготовки готовы для загрузки в реактор-хранилище. Оружейный плутоний без очистки от галлия и америция, а также оружейный уран-235 в виде "пит"ов без окисления до диоксидов при контакте с расплавом свинца растворяются с образованием в нем наноядерной дисперсии интерметаллидов PuPb3. и UPb3.

Несмотря на давность и большое количество исследований в области экологически чистого производства, проблема утилизации и переработки промышленных отходов остается актуальной до сих пор. Поэтому, появилась экономически, технологически и экологически обоснованная необходимость в разработке и внедрении всё новых прогрессивных и безопасных методов решения проблемы избавления биосферы от опасности ее загрязнения отходами производства и потребления. Для выбора более рационального пути решения проблемы необходим предварительный учет и оценка отходов.
Действии радиации на человека и окружающую среду