Ядерные катастрофы

Материал из Wiki
Перейти к: навигация, поиск

Содержание

Название команды

Ссылка на визитку команды

Ссылка на главную страницу проекта

Для удобства можно добавить ссылки часто использующихся страниц

Проблема

Изложите суть проблемы, ее характер, масштабы и глубину



Последствия проблемы

Опишите возможные последствия влияния данной проблемы на человечество и планету Земля. Приведите конкретные примеры проявления этой проблемы (природные катаклизмы, техногенные катастрофы и аварии.



Научное исследование проблемы

Расскажите о научных теориях, научно-практических разработках российских и зарубежных ученых по исследованию и решению данной проблемы.



Решение проблемы

Отметьте наиболее эффективные и перспективные методы исследования и решения данной проблемы. Обоснуйте свой ответ. Изложите собственную программу решения данной проблемы (устранения негативных последствий и их предотвращения). Представьте ее схематически в виде ментальной (интеллектуальной) карты, используя ресурсы сервиса MindMeister.com или других сервисов. (ссылка на карту).


Физики-лирики

Посмотрите на проблему глазами поэта. Сочините стихотворный текст в любом поэтическом жанре: двустишие, четверостишие, эпиграмма, синквейн, хокку.

Примеры поэтических жанров:

двустишие:

Науки жизнь нам облегчают,

В основе эволюции стоят.

Четверостишие:

Земля – арена, поле брани:

Войну ведут с Землей земляне.

Что явится противовесом

В конфликте экологии с прогрессом?

синквейн:

Проблемы.

Современные, планетарные.

Возникают, обостряются, угрожают.

Требуют срочного решения.

Реалии нашей жизни.

(Их сочинений учащихся)

Хокку:

Лишь листьев нежность

На бесконечность жизни

Надежды дарит.


Как же это, друзья?

Человек глядит на вишни в цвету,

А на поясе длинный меч!

(Кёрай, японский поэт 1651-1704 гг.)


Социальная реклама

Разработайте социальную рекламу: нарисуйте или создайте в любом графическом редакторе плакат (банер, коллаж). Ваша реклама должна привлекать внимание общества к данной проблеме (призывать к ее решению, иллюстрировать возможные негативные последствия бездействия человека и т.п.) Команда: Черный Властелин

Ядерные катастрофы

Введение

      Днем рождения атомной промышленности ее можно считать 12 апреля  1943

г. когда было подписано постановление правительства о создании в Москве Лаборатории №2 АН СССР, впоследствии ставшей Институтом атомной энергии. Первая в мире атомная электростанция была построена и введена в эксплуатацию 27 июня 1954 года в городе Обнинске Калужской области. Создание этой станции было первой попыткой использовать атомную энергию в мирных целях. Не прошло еще и десяти лет, со времени трагедии Хиросимы и Нагасаки, когда человечество впервые убедилось в колоссальнейшей разрушительной энергии атома. Советское правительство делало все, чтобы убедить людей всего мира в возможности мирного использования атомной энергии. Подтверждением такой возможности и стало строительство Обнинской АЭС, а затем в 1957 году атомного ледокола “Ленин”. Так начался новый период становления и развития ядерной энергетики. который продлится до Чернобыльской катастрофы в 1986 г. Этот период характеризуется строительством в короткие сроки большого числа АЭС с максимальной выработкой электроэнергии при минимальных затратах, т.е. по существу форсированным развитием отрасли.

Чернобыльская атомная электростанция

Как один из самых ярких примеров хочется привести аварию на Чернобыльской АЭС.


     Чернобыльская  АЭС  (ЧАЭС)  расположена  в  восточной  части  большого

географического региона, именуемого белорусско-украинским Полесьем, на берегу реки Припяти, впадающей в Днепр, в 18 км от районного центра - г. Чернобыль. Местность здесь отличается относительно плоским рельефом. Работы по сооружению станции были начаты в 1970 году.

     Для белорусско-украинского Полесья характерная сравнительно  невысокая

плотность населения - примерно 70 человек на квадратный километр. До аварии на ЧАЭС общая численность населения в 30-ти километровой зоне вокруг станции составляла около 100 тысяч человек.

     Строительство  Чернобыльской  АЭС  велось  очередями.  Каждая  из  них

включала 2 энергоблока, имевшие общие системы спецводоочистки и вспомогательные сооружения на площадке. В их состав входят: хранилище жидких и твердых радиоактивных отходов, открытые распределительные устройства, газовое хозяйство, резервные дизель-генераторные электростанции, гидротехнические и иные сооружения. Источником технического водоснабжения первых четырех энергоблоков является наливной пруд-охладитель площадью 22 квадратных километра. Предусмотрены также отдельные насосные станции для 3-го и 4-го блоков. Имеется резервное электроснабжение от дизель-генераторов. Даже неполное перечисление сооружений ЧАЭС говорит о том, насколько это был крупный энергетический объект.

     28 сентября 1977 года включен в электрическую сеть 1-й турбогенератор.

Чернобыльская АЭС дала стране первую электрическую энергию. 24 января 1978 года на электростанции выработан первый миллиард киловатт-часов электроэнергии. 21 декабря 1978 года осуществлен пуск 2-го энергоблока. 22 апреля 1979 года ЧАЭС выработала первые 10 миллиардов киловатт-часов электроэнергии. 3 декабря 1981 года осуществлен пуск 3-го блока электростанции. 31 декабря 1983 года дал первую электроэнергию 4-й энергоблок. 21 августа 1984 года Чернобыльская АЭС выработала 100 миллиардов киловатт-часов электроэнергии.

     Таким образом, на 1 января 1986 года мощность четырех  блоков  станции

составляла 4 миллиона киловатт, что соответствовало ее проектной мощности.

                       Основные принципы работы АЭС
     На Чернобыльской АЭС установлены ядерные реакторы  РБМК-1000.  Реактор

этого типа был спроектирован более 30 лет назад и использовался в СССР на нескольких электростанциях. Тепловая мощность каждого реактора составляет 3200 МВт. Имеется два турбогенератора электрической мощностью по 500 МВт каждый (общая электрическая мощность энергоблока - 1000 МВт).

     Топливом для РМБК  служит  слабо  обогащенная  по  урану-235  двуокись

урана. В исходном для начала процесса состоянии каждая ее тонна содержит примерно 20 кг. ядерного горючего - урана-235. Стационарная загрузка двуокиси урана в один реактор равно 180 тонн. Ядерное горючее засыпается в реактор не навалом, а помещается в виде тепловыделяющих элементов - твэлов. Твэл представляет собой трубку из циркониевого сплава, куда помещаются таблетки цилиндрической формы двуокиси урана. Твэлы размещают в активной зоне реактора в виде так называемых тепловыделяющих сборок, объединяющих по 18 твэлов. Эти сборки, а их около 1700 шт., помещаются в графитовую кладку, для чего в ней сделаны технологические каналы. По ним же циркулирует и теплоноситель. В РМБК это вода, которая в результате теплового воздействия от происходящей в реакторе цепной реакции доводится до кипения, и пар, через технологические магистрали подается на турбогенераторы, непосредственно вырабатывающие электроэнергию. Круговорот воды в реакторе осуществляется главными циркуляционными насосами. Их восемь - шесть работающих и два резервных.

     Сам реактор помещен внутри бетонной шахты, которая является  средством

биологической защиты. Графитовая кладка заключена в цилиндрический корпус толщиной 30 мм. Размер активной зоны реактора - 7м. по высоте и 12 м. в диаметре. Весь аппарат опирается на бетонное основание, под которым располагается бассейн-барботер системы локализации аварии.

     Цепная реакция и тепловыделение  в  реакторной  зоне  в  общих  чертах

протекают следующим образом: ядро урана под воздействием нейтрона делится на два осколочных ядра. При этом выделяются новые нейтроны. Они в свою очередь вызывают деление других ядер урана.

     Но не все нейтроны  участвуют  в  цепной  реакции.  Некоторые  из  них

поглощаются материалами конструкции реактора или выходят за пределы активной зоны. Цепная реакция начинается только тогда, когда хотя бы один из образовавшихся нейтронов принимает участие в последующем делении атомных ядер. Это условие характеризуется коэффициентом эффективности размножения (Кэф), который определяется как отношение числа нейтронов данного поколения к числу нейтронов предыдущего поколения. При значении этого коэффициента равном 1 в реакторе происходит самоподдерживающаяся цепная реакция деления постоянной интенсивности. Это состояние реактора называется критическим. При значении Кэф меньше 1 процесс деления ядер урана будет затухающим (подкритичное состояние), а при Кэф больше 1 интенсивность деления и мощность реактора будут нарастать ( надкритичное состояние). Осколки атомных ядер, разлетаясь с большой скоростью, взаимодействуют с другими ядрами и тормозятся в своем движении. При потери кинетической энергии осколков и происходит выделение тепла.

     При нахождении реактора в  надкритичном  состоянии  нарастание  цепной

реакции происходит неуправляемом режиме, что может привести к ядерному взрыву. Для регулирования скорости протекания цепной реакции применяются стержни из материалов поглощающих нейтроны - бористой стали или карбида бора. Они вводятся (или выводятся) из активной зоны реактора увеличивая или уменьшая количество нейтронов и соответственно ускоряя или замедляя течение цепной реакции.

     Конструкторами РМБК предусматривалось, что реактор  должен  иметь  ряд

противоаварийных систем. Это система управления и защиты реактора, включающая в себя 211 твердых стержней-поглотителей и аппаратура контроля за уровнем и распределением нейтронного потока. Она обеспечивает пуск, ручное и автоматическое регулирование мощности, плановую и аварийную остановке реактора. Последняя автоматически осуществляется по сигналам аварийной защиты или при нажатии кнопки.

     Кроме того, на ЧАЭС были предусмотрены защитные системы на случай если

авария все-таки произойдет. В случае разрыва труб контура циркуляции теплоносителя, включалась система аварийного охлаждения реактора (САОР) подававшая воду из гидроемкостей в технологические каналы для экстренного охлаждения рабочей зоны реактора. Конструкторы и средства информации утверждали, что система аварийной защиты РМБК на Чернобыльской АЭС такова, что в состоянии без вмешательства человека, то есть автоматически предотвратить серьезные последствия предусмотренных проектом отказов. Следовательно любая крупная авария, по их мнению могла быть локализована не принося ощутимого вреда здоровью людей, окружающей среде. Однако дальнейшие события доказали мягко говоря несостоятельность подобных утверждений.

     Так что же произошло на Чернобыльской АЭС ?
                          Основные причины аварии
     День 25 апреля 1986 года  на  4-м  энергоблоке  ЧАЭС  планировался  не

совсем как обычный. Предполагалось остановить реактор на планово- предупредительный ремонт. Но перед заглушением ядерной установке руководство ЧАЭС планировало провести некоторые эксперименты. Перед остановкой были запланированы испытания одного из турбогенераторов станции в режиме выбега с нагрузкой собственных нужд блока. Суть этого эксперимента заключается в моделировании ситуации, когда турбогенератор может остаться без своей движущей силы, то есть без подачи пара. Для этого был разработан специальный режим, в соответствии с которым при отключении пара за счет инерционного вращения ротора генератор какое-то время продолжал вырабатывать электроэнергию, необходимую для собственных нужд, в частности для питания главных циркуляционных насосов. Обратимся к хронологии событий.... Итак 25 апреля 1986 года......

     1ч.  00  мин.  -  согласно  графику  остановки  реактора  на  планово-

предупредительный ремонт персонал приступил к снижению мощности аппарата работавшего на номинальных параметрах.

     13ч. 05 мин. - при  тепловой  мощности  1600  МВт.  отключен  от  сети

турбогенератор №7, входящий в систему 4-го энергоблока. Электропитание собственных нужд перевели на турбогенератор №8

     14ч. 00 мин. -  в  соответствии  с  программой  испытаний  отключается

система аварийного охлаждения реактора. Поскольку реактор не может эксплуатироваться без системы аварийного охлаждения, его необходимо было остановить. Но разрешение на глушение аппарата не было дано. И реактор продолжал работать без системы аварийного охлаждения (САОР).

     23ч. 10 мин. - получено разрешение  на  остановку  реактора.  Началось

снижение его тепловой мощности до 1000-700 МВТ в соответствии с программой испытаний. Но оператор не справился с управлением, в результате чего мощность аппарата упала почти до 0. В таких случаях реактор должен глушиться. Но персонал не посчитался с этим требованием. Начали подъем мощности.

     1ч. 00 мин. 26 апреля - персоналу удалось поднять мощность  до  уровня

200 МВт (тепловых) вместо положенных 1000-700.

     1ч. 03 мин. - К шести  работающим  насосам  подключили  еще  два,  для

повышения надежности охлаждения реактора после испытаний.

     1ч. 20 мин. - Для удержания мощности реактора из  него  были  выведены

стержни автоматического регулирования, нарушив строжайший запрет работать на реакторе без определенного запаса стержней - поглотителей нейтронов. В тот момент в реакторе находилось только шесть стержней, что примерно вдвое меньше предельно допустимой величины.

     1ч. 23 мин. - Оператор закрыл  клапана  турбогенератора.  Подача  пара

прекратилась. Начался выбег турбины. В момент отключения второго турбогенератора должна была сработать еще одна система защиты по остановке реактора. Но персонал отключил ее, чтобы повторить испытания если первая попытка не удастся. В результате возникшей ситуации реактор попал в неустойчивое состояние, что привело к появлению положительной радиоактивности и разогреву реактора.

     1ч. 23 мин. 40 сек. -начальник смены 4-го энергоблока поняв  опасность

ситуации дал команду нажать кнопку самой эффективной аварийной защиты. Поглощающие стержни пошли вниз, но через несколько секунд остановились. Попытки ввести их в реакторную зону не удались. Реактор вышел из под контроля. Произошел взрыв.

     Таким образом, можно кратко определить шесть основных причин аварии на

4-м энергоблоке:

     Первое  -  снижение  оперативного  запаса  радиоактивности,  то   есть

уменьшение количества стержней-поглотителей в активной зоне реактора ниже допустимой величины.

     Второе - неожиданный провал мощности реактора, а затем работа аппарата

при мощности меньшей, чем было установлено программой испытаний.

     Третье - подключение к реактору  всех  восьми  насосов  с  превышением

расходов по ЦГН.ё

     Четвертое - блокировка защиты реактора по уровню воды и давлению  пара

в барабане-сепараторе.

     Пятое - блокировка защиты реактора по сигналу отключения пара от  двух

турбогенераторов.

     Шестое  -  отключение  системы  защиты,  предусмотренной   на   случай

возникновения максимальной проектной аварии, - системы аварийного охлаждения реактора.

     В результате  теплового  взрыва  произошедшего  в  реакторе  произошло

разрушение активной зоны реакторной установки и части здания 4-го энергоблока, а также произошел выброс части накопившихся в активной зоне радиоактивных продуктов в атмосферу. Взрывы в 4-м реакторе ЧАЭС сдвинули со своего места металлоконструкции верха реактора, разрушили все трубы высокого давления, выбросили некоторые регулирующие стержни и горящие блоки графита, разрушили разгрузочную сторону реактора, подпиточный отсек и часть здания. Осколки активной зоны и испарительных каналов упали на крышу реакторного и турбинного зданий. Была пробита и частично разрушена крыша машинного зала второй очереди станции. При взрыве часть панелей перекрытия упала на турбогенератор №7 повредив маслопроводы и электрические кабели, что привело к их загоранию, а большая температура внутри реактора вызвала горение графита.

     Наибольшую  опасность,  связанную  с  аварией  представляло  то,  что,

разрушение реакторной зоны вызвало выброс в атмосферу и на территорию АЭС большого количества радиоактивных деталей, графита, ядерного топлива. Выброс радионуклидов (вид неустойчивых атомов, которые при самопроизвольном превращении в другой нуклид испускают ионизирующее излучение - это и есть собственно радиоактивность) представлял собой растянутый во времени процесс, состоящий из нескольких стадий.

     27 апреля  1986  года  высота  загрязненной  радионуклидами  воздушной

струи, выходящая из поврежденного энергоблока, превышала 1200 метров, уровень радиации в ней на удалении 5-10 км. от места аварии составляли 1000 миллирентген в час. Выброс радиоактивности в основном завершился к 6 мая 1986г.

     В первые часы после аварии, когда еще  не  были  точно  определены  ее

размеры и тяжесть, а также вследствие недостаточного радиационного контроля, часть лиц работавших на наиболее опасных участках, получили большие дозы облучения, а также ожоги при участии в тушении пожара. Всем пострадавшим была оказана первая медицинская помощь. К 6 часам утра 26 апреля было госпитализировано 108 человек, а в течение дня еще 24-х из число обследованных. На основе диагностики лучевой болезни, 237 человек, у кого развитие острой лучевой болезни прогнозировалось с наибольшей вероятностью были срочно госпитализированы в клинические учреждения Киева и Москвы. Общее число людей погибших вследствие аварии на Чернобыльской АЭС от ожогов и острой лучевой болезни на 1 января 1988 года составило 30 человек, причем 28 - от лучевой болезни...

                       Ликвидация последствий аварии
     Авария на Чернобыльской АЭС породила целый  комплекс  проблем.  Прежде

всего необходимо было выяснить: не возникнет ли вследствии расплавления и стекания ядерного топлива цепная реакция? Важно было организовать крупномасштабную радиометрическую разведку, причем не только в районе АЭС, но и на обширных территориях вокруг нее. Предстояло обеспечить безопасность находившихся еще в работе 1-го и 2-го энергоблоков. Таким образом были определены следующие основные направления на начальный период ликвидации аварии:

     = оценка состояния энергоблоков  ЧАЭС  и  радиационной  обстановки  на
       станции и прилегающей территории;
     = защита персонала  станции  и  населения  от  возможных  радиационных
       поражений;
     =  локализация  аварии  и  уменьшение  радиационного  воздействия   на
       население и окружающую среду.
     К  вечеру  26  апреля  были   приняты  необходимые  решения,  началась

подготовка к эвакуации города Припяти. 27 апреля в 1 ночи были остановлены реакторы первого и второго энергоблоков. Начались работы по ликвидации последствий аварии.

     Первоочередной  задачей  по   ликвидации   последствий   аварии   было

осуществление комплекса работа, направленного на прекращение выбросов радиоактивных веществ. С помощью военных вертолетов очаг аварии забрасывался теплоотводящими и фильтрующими материалами, что позволило значительно сократить, а затем и ликвидировать выброс радиоактивности в окружающую среду. Такими материалами являлись различные соединения бора, доломит, свинец, песок, глина. С 27 апреля, по 10 мая, на объект было сброшено около 5000 тонн этих материалов. В результате этого, шахта реактора была покрыта сыпучей массой, что прекратило выброс радиоактивных веществ. Также началась снижаться температура в кратере блока, чему способствовала и подача жидкого азота в пространство под шахту реактора. После этого были начаты работы по очистке наиболее загрязненных радиоактивными выбросами участков территории ЧАЭС. Наиболее загрязненными оказались кровельные покрытия 3-го энергоблока. На них попали осколки реакторного топлива, куски графитовой кладки, обломки конструкции. Именно здесь создавался радиационный фон, не позволяющий приступить к работам внутри станции, осуществлять мероприятия по захоронению 4-го энергоблока. Большая часть этой работы была выполнена вручную. Очищали крышу в основном военнослужащие. Несмотря на то, что их рабочая смена длилась от 20 секунд до 1 минуты, многие из них, несомненно подверглись воздействию радиационного излучения.

     После очистки крыши 3-го  энергоблока,  начались  работы  по  зачистке

территории станции и прилегающих районов. Часть работ выполнялась специальной техникой с дистанционным управлением, но на части работ использовались люди, опять в основном военнослужащие.

     Участки ЧАЭС загрязненные мелкими  выбросами  и  радиоактивной  пылью,

очищались специальной адсорбирующей пленкой. После распыления на поверхности, она застывала, схватывая пыль и прочий мусор, а затем сворачивалась и вывозилась для захоронения. Широко применялась пожарная и военная техника, с помощью которой обмывались стены и крыши зданий. Не отказывались от обычных сборов с территории радиоактивной грязи. Ее счищали бульдозерами, скреперами, вывозили и захоранивали. Затем эти участки покрывались бетоном, асфальтом и другими видами покрытий. Участок соснового леса, по которому прошел радиоактивный след ( так называемый “рыжий лес”), был полностью убран, и также вывезен для захоронения. Радиоактивная вода затопившая подреакторные помещения была откачана в специально приготовленные емкости. Для предотвращения радиоактивного заражения грунтовых вод, были возведены соответствующие гидротехнические сооружения под корпусом 4-го энергоблока. Одновременно с этим велись работы по радиационному контролю и дезактивации радиационных пятен в пределах тридцатикилометровой зоны от места аварии. Работы по дезактивации продолжались вплоть до октября-ноября 1986 года, после чего радиационный фон был снижен настолько, что в эксплуатацию вновь ввели первую очередь атомной станции.

     Для полной безопасности работы  ЧАЭС,  было  принято  решение  закрыть

поврежденный реактор специальным укрытием. В район 4-го энергоблока, при ликвидации аварии сгребалась вся радиоактивная грязь, радиоактивные осколки и конструкции., заранее рассчитывая устроить на этом месте могильник радиоактивных отходов. Проект получил инженерное название “Укрытие”, но широкой публике он более известен под названием “Саркофаг”. Суть проекта заключалась в том, чтобы залить поврежденный реактор слоем покрытых в определенных местах свинцом металлических конструкций заполненных бетоном. Особая сложность в этом проекте представляла стена 3-го энергоблока смежная с 4-м энергоблоком. Раньше оба реакторных цеха были соединены между собой различными коммуникациями и оборудованием. В настоящее время между энергоблоками возведена стена из свинца стали и бетона называемая “стеной биологической защиты”. После ее установки были начаты работы по дезактивации третьего энергоблока. При строительстве “Саркофага” было уложено около 300 тысяч кубических метров бетона, смонтировано свыше 6 тысяч тонн различных металлоконструкций. Таким образом в октябре 1986 года “Укрытие” плотно запечатало то, что было раньше 4-м энергоблоком ЧАЭС. В то же время “Укрытие” не полностью герметично. Оно имеет специальные вентиляционные каналы для охлаждения реактора, снабженные специальными фильтрами, обширный комплекс диагностического и радиометрического оборудования, систему активной ядерной защиты, для предотвращения возникновения цепной реакции в бывшем реакторе. Таким образом была обеспечена надежная консервация разрушенного реактора, предотвращен выход аэрозолей в окружающую среду, обеспечена ядерная безопасность объекта.


 !!!Вот до чего дошел прогресс!!!

Персональные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
Навигация
Популярное
Инструменты