Исследовательская работа «Энергия будущего: это мирный атом или всё же возможен безъядерный век?»

МКОУ ТРЕСОРУКОВСКАЯ СОШ

«Энергия будущего: это мирный атом или всё же возможен безъядерный век?»

Исследовательский аналитический проект

           Автор работы: Провоторов  Дмитрий ,

Россия, Воронежская обл, Лискинский р-н, с Тресоруково,

 уча-ся  10 класса

              Руководители:

учитель физики Шаповалова Надежда Романовна,      

200012г

ПЛАН

1. Введение

1. обоснование выбора темы;
2. цель исследования;
3. задачи работы.

2. Теория ядерной энергии
3. Нововоронежская АЭС
4. Атомные электростанции и окружающая среда.
5. Мнения «против» АЭС
6. Причины онкологических заболеваний.
7. Альтернативные источники получения энергии.
8. Заключение.

Приложение. Фрагменты электронной переписки Провоторова А. и ректора детской ядерной академии Крупнова Бориса Валентиновича.

ВВЕДЕНИЕ

0. обоснование выбора темы
1. цель исследования
2. задачи работы

Я считаю, что моя работа актуальна именно сегодня, когда наука развивается чрезвычайно стремительно, принося человечеству не всегда только пользу. Появившаяся в конце 19 века атомная физика, бурное развитие которой привело к созданию атомного и водородного оружия, уже в середине  20 века заставила общественность во весь голос заговорить об угрозе самого существования человечества. Владимир Иванович Вернадский был одним из первых, кто понял и предсказал, чем грозит человечеству новый источник энергии. Вот выдержка из его доклада, сделанного в 1910 году:«Теперь перед нами открываются в явлениях радиоактивности источники атомной энергии, в миллионы раз превышающие все те источники сил, которые рисовались человеческому воображению… В вопросе о радии ни одно государство и общество не может относиться безразлично, как каким путем, кем и когда будут использованы и изучены находящиеся в его владениях источники лучистой энергии. Ибо владение большими запасами радия даст владельцам его силу и власть, перед которыми может побледнеть то могущество, какое получают владельцы золота, земли, капитала».

Эта проблема не является для меня праздной. Я живу в 30 км-й  зоне Нововоронежской АЭС.  В нашей местности довольно часто люди умирают от раковых заболеваний.  В тоже время я знаю, что Нововоронежская АЭС обеспечивает электроэнергией всю Воронежскую область. Но не слишком  ли  высокую цену платим мы за пользование электроэнергией? Или причина раковых заболеваний не только в этом.?  А может можно отказаться от атомной энергии?  Есть ли ещё какие-нибудь источники энергии, приемлемые   для нашего региона?

Цель работы: Найти общие решения в проблемах развития атомной энергетики и экологии.

В ходе решения данной проблемы я ставил перед собой следующие задачи.

Задачи:

1. В ходе работы над проектом ответить на вопрос «Опасно ли жить в 30 км зоне АЭС?»
2. Сопоставить мнения и цифры, представленные экологами, «зелёными»  и учеными выступающими за развитие атомной промышленности.
3. Изучить альтернативные источники энергии. Рассмотреть вопрос о их возможном применении в нашем регионе

Теория ядерной энергии.

Уже давно ученые указали, что в глубине атомов - мельчайших частичек вещества - скрыты поистине сказочные запасы энергии, которую можно освободить.

Оказалось, что ядра наиболее тяжелых элементов - урана и тория - под воздействием нейтронов делятся.

Разлетаясь с огромной скоростью, эти частицы (осколки) могут передавать веществу, в котором  движутся,  часть своей энергии.

Кроме того, при делении появляются новые нейтроны, они в свою очередь вызывают распад других атомов.

Т.о., может возникнуть цепная реакция, в которой число делений будет расти подобно снежной лавине.  

На этой основе и была сконструирована атомная бомба. В ней внутри ядерная энергия освобождается мгновенно, со страшным взрывом. Но одновременно выяснилось, что можно построить установки, в которых ядерная энергия будет выделятся замедленно. Число делений ядер и освобождаемая при этом энергия регулируются и поэтому постоянны.  

Называют такие устройства атомными котлами, или ядерными реакторами, а протекающие в них цепные реакции - управляемыми. По сравнению с обычными энергетическими установками, использующими нефть, уголь и другие виды топлива у реакторов много серьезных преимуществ.  

Так, если обычные установки сжигают сотни тонн горючего, то атомные ресурсы такой же мощности расходуют лишь несколько граммов.

Чтобы ответить на вопрос, опасно ли жить в  30 км зоне  Нововоронежской АЭС,   я  решил прежде всего  познакомиться  с историей Нововоронежской АЭС, узнать были ли там аварии.

Нововоронежская АЭС

История НОВОВОРОНЕЖСКОЙ АЭС началась 30 сентября 1964 года. В этот день выдал первый ток энергоблок № 1. Всего за прошедшее время на станции было возведено пять энергоблоков с водо-водяными энергетическими реакторами. Здесь прошли промышленные испытания многие новаторские технические решения, изучен и опробован опыт эксплуатации и ремонта новейшего оборудования, управления технологическим процессом, ядерной и радиационной безопасности. За более чем три с половиной десятилетия НОВОВОРОНЕЖСКАЯ АЭС выработала свыше 366,0 миллиарда киловатт-часов электроэнергии; при этом на станции не случалось каких-либо аварий с выбросом радиоактивности в окружающую среду, более того — радиационный фон вокруг станции неуклонно снижается. НОВОВОРОНЕЖСКАЯ АЭС не наложила в регионе каких-либо ограничений на хозяйственную деятельность. В настоящее время на НОВОВОРОНЕЖСКОЙ АЭС эксплуатируются три энергоблока (два другие исчерпали свой проектный ресурс). Имея суммарную мощность 1834 мегаватта, они вырабатывают ежегодно от 9 до 10,5 миллиарда киловатт-часов дешевой электроэнергии и 440—465 тысяч гигакалорий — тепловой. Атомная станция обеспечивает 80—90 процентов потребности Воронежской области в электроэнергии и около 50 процентов потребности Нововоронежа в тепле. Свое дальнейшее развитие предприятие связывает со строительством двух новых энергоблоков. Они будут представлять собой современные энергетические объекты, отвечающие международным требованиям по безопасности, с большими теплофикационными мощностями, способными обеспечить теплом ближайшие населенные пункты региона.

(Большая энциклопедия российских производителей товаров и услуг в Интернет)

Атомные электростанции и окружающая среда.

Обеспечение человечества энергией является одной из главнейших проблем, решение которой способно определить его развитие без истощения экологических и социальных ресурсов и без переноса непропорционально тяжелого бремени на будущие поколения. Только найдя экологически устойчивый путь к производству и использованию энергии, человечество во всех сферах жизни и деятельности в любой момент времени будет располагать необходимым количеством энергии.

Очевидно, что постоянное увеличение производства энергии имеет жизненно важное значение не только для достижения конкретных экономических и промышленных целей, но и для развития цивилизации в целом.

Несмотря на известные опасности, а также предупреждения населения, ядерная энергетика развивается во всем мире главным образом из-за того, что человечество близко к исчерпанию возможностей дальнейшего развития гидроэнергетики, истощаются запасы химического горючего в промышленно развитых странах.  

Важным фактором, определяющим перспективность различных направлений развития энергетики, является степень отрицательного влияния различных видов энергетических установок на окружающую среду.

Атомные электростанции не загрязняют атмосферу дымом и пылью, не требуют создания крупных водохранилищ, занимающих большие площади. Однако при использовании энергии ядер в мирных целях возникают другие проблемы.  

Первая - заключается в необходимости защиты людей, обслуживающих ядерные энергетические установки, от вредного действия гамма-излучения и потоков нейтронов, возникающих при осуществлении цепной ядерной реакции в активной зоне реактора (радиации).

Для обеспечения полной безопасности людей, работающих на атомной электростанции, ядерный реактор необходимо окружить толстым слоем бетона и другими материалами, хорошо поглощающими гамма-излучение и нейтроны.

Вторая проблема связана с тем, что при работе реактора в его активной зоне накапливается большое количество искусственных радиоактивных веществ.  

Для предотвращения их случайного выброса из реактора  разработаны автоматические противоаварийные системы.  

Прорабатывается идея  использования в качестве теплоносителей  расплавленных солей  или металлов - висмута или свинца.

Это должно защитить реактор от взрыва.

Мнения против АЭС

Вот уже много лет «зелёные» исследователи пугают население ростом онкологических заболеваний, увеличением детской смертности, генетическими изменениями и т.д., объясняя всё деятельностью АЭС. Приведу примеры некоторых агитационных листовок «зелёных»

Некоторые защитники окружающей среды полагают, что проблемы экологии, связанные с использованием энергии, могут быть решены путем меньшего ее потребления.  «Потенциал энергосбережения в 3 раза превышает мощности  АЭС»  По прогнозам учёных, в следующие 50 лет население на планете увеличиться с 6 до 9 миллиардов человек. Чтобы удовлетворить нужды растущего населения, потребуется в два, а то и в три раза больше электрической энергии.  Если численность населения в условиях современного демографического взрыва удваивается за 40-50 лет, то в производстве и потреблении энергии это происходит через каждые 12 -15 лет. При таком соотношении темпов роста населения и энергетики, энерговооруженность лавинообразно увеличивается не только в суммарном выражении, но и в расчете на душу населения.

Я считаю  нереально думать, что глобальное потребление энергии может быть уменьшено.

Что касается вопроса о росте онкологических заболеваний, то я решил рассмотреть его отдельно.

ПРИЧИНЫ ОНКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАБОЛЕВАНИЙ.

Канцерогены, то есть вещества, вызывающие онкологические заболевания, могут иметь как природное, так и антропогенное происхождение. Например, многие растения содержат в себе токсины или выделяют их в окружающую среду для борьбы с насекомыми и другими растениями.

Некоторые из этих природных инсектицидов и гербицидов обладают мутагенным действием, но на развитие опухолей у человека они, как правило, не влияют.

Большая часть канцерогенных веществ поступает в окружающую среду в результате деятельности человека. В основном это полициклические ароматические углеводороды, которые образуются при горении угля, нефти, бензина, табака. Именно к этой группе относится всем известный бензпирен.

По итоговому влиянию на людей первое место принадлежит курению: ведь то, что выделяет завод или теплоэлектростанция, "разводится" в атмосфере, а табачный дым поступает в организм человека в концентрированном виде. Вторая крупная группа канцерогенов - это нитрозоамины. В табаке они тоже содержатся.

Исследование того или иного вещества на канцерогенность - дело сложное и трудоемкое.

Первый этап - опыты на лабораторных животных. Но чувствительность к химическим веществам у человека и, например, у мыши все же разная. А на человеке эксперимент не поставишь. Поэтому необходим второй этап - эпидемиологическое исследование.

Надо выделить группу людей, которые подвергаются действию "подозрительного" вещества, и проверить, не повышена ли у них заболеваемость. Можно поставить задачу и по-другому: взять группу больных и выяснить, сколько они курили, где работали, что ели.

Затем, если проверяют влияние табака, надо подобрать контрольную группу здоровых людей с похожими параметрами (там же работали и так же питались) и посмотреть, отличаются ли они по частоте курения.

Из одного этого примера уже ясно, какова трудоемкость таких исследований.

Проблема доказательства канцерогенного действия того или иного вещества (или отсутствия такого действия) осложняется еще двумя факторами. Во-первых, те воздействия, с которыми человек обычно сталкивается в реальной жизни, влияют на его здоровье с той или иной вероятностью. Отсюда наплевательское отношение к здоровью: в розетку пальцы все-таки не суют, а увеличивать вероятность заболеть раком легкого себе позволяют. Во-вторых, многие факторы действуют совместно. Что-то при одних условиях опасно, а при других - нет. Причем мы не знаем, при каких именно.

Все полученные данные накапливаются в одном центре, в Международном агентстве по изучению рака в Лионе. Специалисты оценивают достоверность результатов и составляют два списка - "доказанные" и "предположительные" канцерогенные вещества. Отдельно ведут учет канцерогенно-опасных производств.

В список уже включены: производство алюминия, газификация и коксование угля, литейная, резиновая, деревообрабатывающая, мебельная, обувная промышленность, производство некоторых красителей, подземная добыча некоторых минералов.

К сожалению, даже если известно, что производство опасно, не всегда ясно, какое именно вещество виновато в этом.

Для общества важно, какие факторы являются наиболее массовыми, наиболее значимыми. Потому что, если общество решит всерьез заниматься здоровьем граждан, именно в этих направлениях и надлежит действовать.

В развитых странах и в России главный фактор заболеваемости и смертности от рака - курение. Этой привычке могут сказать "спасибо" треть всех больных. Какие именно опухоли вызывает курение? У мужчин в 30% случаев - рак легкого, в 15% случаев - рак желудка, в 10% - толстой и прямой кишки. У женщин - на первом месте рак молочной железы, на втором - желудка, далее - легкого.

Человеку свойственно винить в своих бедах окружающий мир, а не себя. Опросы показывают, что главными причинами рака граждане считают радиацию и загрязнение окружающего воздуха, то есть то, что от действий человека не зависит, а значит, и не требует никаких личных усилий для профилактики.

Между тем среди факторов риска общее загрязнение атмосферы - лишь на третьем месте после "профессиональных" канцерогенов.

Для некоторых видов рака важны какие-то определенные факторы. Например, для рака желудка - это питание. Показано, что риск заболеть уменьшается, если увеличить потребление овощей, фруктов, особенно лука и чеснока. Возможно, это связано с действием витаминов, но применение фармацевтических витаминных препаратов в качестве противоракового средства эффекта не дает.

Что касается овощей и фруктов, то оказалось важным, как их хранить. За последние сто лет заболеваемость раком желудка в развитых странах уменьшилась весьма существенно. Это связано не только с увеличением доли овощей и фруктов в питании, но и с переходом на технологию глубокого замораживания.

Причем самое сильное снижение заболеваемости произошло в США, где раньше всех перешли на замораживание вместо насыщения пищи консервантами (в первую очередь - солью).

Мы много знаем о том, как уменьшить заболеваемость, но очень мало делаем для профилактики. Хотя заболеваемость раком - вещь вполне управляемая: она сильно зависит от образа жизни, от питания. Вот пример: заболеваемость раком желудка высока в Японии (там едят много соленого, копченого) и низка в США.

У японцев, переехавших в США, она снижается, причем в том же поколении, то есть дело не в наследственности. Обратная ситуация с заболеваемостью раком толстой кишки: она высока в США и низка в Юго-Восточной Азии (низкое потребление животных жиров). При переезде из Японии в США - риск возрастает до американского уровня.



Известно, что радиоактивное облучение увеличивает вероятность заболеть раком. Однако надежных данных, как это ни странно, довольно мало. Опыты на человеке невозможны, значит, остается исследование аварийных ситуаций. Но чтобы получить полноценные данные, нужны подробные сведения о состоянии здоровья людей до аварии, а они есть не всегда.

Достоверно известно, что в местах расположения атомных электростанций вероятность заболеть не увеличивается. Равно как и не увеличивается вероятность заболеть для работников АЭС. Эти исследования проводились в США, Англии и Франции. Что касается Чернобыля, то пока доказано только одно - рост заболеваемости детей раком щитовидной железы.

Большинство онкологических заболеваний вызывается факторами окружающей среды и образа жизни.
Курение, работа на вредном производстве без надлежащей защиты, отсутствие в рационе овощей и фруктов и коричневый загар - сочетание нескольких факторов из этого списка с высокой вероятностью приводит к печальным результатам.

Но есть некоторые редкие генетические синдромы злокачественных опухолей, вызванные наследованием мутировавшего гена. Впрочем, и они действуют вероятностно. Наследственность влияет на восприимчивость организма к другим факторам. В сумме онкологические заболевания, имеющие генетическую подоплеку, составляют не более 3-5% от общей заболеваемости.

Было бы очень соблазнительно научиться определять как генетическую предрасположенность, так и способность организма к репарации, ремонту ДНК. Тогда мы могли бы определять принадлежность людей к группе риска и обоснованно говорить: вот именно тебе баловаться курением смертельно опасно. Но это задача находится пока в стадии решения.

Альтернативные источники получения энергии

К таким источникам относится энергия солнца, ветра, вод, термоядерного синтеза и других источников.

Ветер как источник энергии

 Интерес к использованию ветра для получения электроэнергии оживился в последние годы. К настоящему времени испытаны ветродвигатели различной мощности, вплоть до гигантских. Сделаны выводы, что в районах с интенсивным движением воздуха ветроустановки вполне могут обеспечивать энергией местные потребности. Оправдано использование ветротурбин для обслуживания отдельных объектов (жилых домов, неэнергоемких производств и т. п.). Вместе с тем стало очевидным, что гигантские ветроустановки пока не оправдывают себя вследствие дороговизны сооружений, сильных вибраций, шумов, быстрого выхода из строя. Более экономичны комплексы из небольших ветротурбин, объединяемых в одну систему.

 Возможности использования нетрадиционных гидроресурсов

 Имеются расчеты, что на мелких и средних реках можно получать не меньше энергии, чем ее получают на современных крупных ГЭС. В настоящее время имеются турбины, позволяющие получать энергию, используя естественное течение рек, без строительства, плотин. Такие турбины легко монтируются на реках и при необходимости перемещаются в другие места. Хотя стоимость получаемой на таких установках энергии заметно выше, чем на крупных ГЭС, ТЭС или АЭС, но высокая экологичность делает целесообразным ее получение.

Энергетические ресурсы морских, океанических и термальных вод

        Большими энергетическими ресурсами обладают водные массы морей и океанов. К ним относится энергия приливов и отливов, морских течений, а также градиентов температур на различных глубинах. В настоящее время эта энергия используется в крайне незначительном количестве из-за высокой стоимости получения. Это, однако, не означает, что и в дальнейшем ее доля в энергобалансе не будет повышаться.

        В мире пока действуют две-три приливно-отливные электростанции. Однако, кроме высокой стоимости энергии, электростанции такого типа нельзя отнести к высокоэкологичным. При их строительстве плотинами перекрываются заливы, что резко изменяет экологические факторы и условия обитания организмов.

        В океанических водах для получения энергии можно использовать разности температур на различных глубинах. В теплых течениях, например в Гольфстриме, они достигают 20°С.

        Несравнимо более реальны возможности использования геотермальных ресурсов. В данном случае источником тепла являются разогретые воды, содержащиеся в недрах земли. В отдельных районах такие воды изливаются на поверхность в виде гейзеров. Геотермальная энергия может использоваться как в виде тепловой, так и для получения электричества.

        Ведутся также опыты по использованию тепла, содержащегося в твердых структурах земной коры. Такое тепло из недр извлекается посредством закачки воды, которую затем используют так же, как и другие термальные воды.

 Солнце как источник тепловой и электрической энергии

Это практически неисчерпаемый источник энергии. Ее можно использовать прямо (посредством улавливания техническими устройствами) или опосредствованно через продукты фотосинтеза, круговорот воды, движение воздушных масс и другие процессы, которые обусловливаются солнечными явлениями.

 Использование солнечного тепла - наиболее простой и дешевый путь решения отдельных энергетических проблем.

 Преобразование солнечной энергии в электрическую возможно посредством использования фотоэлементов, в которых солнечная энергия индуцируется в электрический ток безо всяких дополнительных устройств. Хотя КПД таких устройств невелик, но они выгодны медленной изнашиваемостью вследствие отсутствия каких-либо подвижных частей.

 В странах с большим количеством солнечной радиации имеются проекты полной электрификации отдельных отраслей хозяйства, например сельского, за счет солнечной энергии. Получаемая таким путем энергия, особенно с учетом ее высокой экологичности, по стоимости оказывается более выгодной, чем энергия, получаемая традиционными методами.

 Использование солнечной энергии через фотосинтез и биомассу

 В биомассе концентрируется ежегодно меньше 1% потока солнечной энергии. Однако эта энергия существенно превышает ту, которую получает человек из различных источников в настоящее время и будет получать в будущем.

 В целом же биотопливо можно рассматривать как существенный фактор решения энергетических проблем если не в настоящее время, то в будущем. Основное преимущество этого ресурса - его постоянная и быстрая возобновимость, а при грамотном использовании и неистощимость.

Рассмотрев альтернативные источники энергии, я могу сделать следующий вывод: на сегодняшний день единственным источником энергии для Воронежской области является Нововоронежская АЭС, так как  она вырабатывает  от 9 до 10,5 миллиарда киловатт-часов дешевой электроэнергии и 440—465 тысяч гигакалорий — тепловой.  На альтернативные источники энергии всерьез рассчитывать не приходится. Они характеризуются малой плотностью энергии, затраты на ее концентрацию велики. 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Современное общество – это, прежде всего, общество потребителей, а основным продуктом потребления является энергия.

В условиях ограниченного запаса органического топлива (угля, мазута, газа), на котором работают традиционные тепловые электрические станции, атомной энергетике в будущем предстоит сыграть стабилизирующую роль в обеспечении энергетических потребностей в постоянно развивающемся мире. Я считаю, что энергия будущего – это мирный атом.

Чернобыльская катастрофа в значительной степени затормозила развитие ядерной энергетики во всем мире. Но события двадцатилетней давности одновременно явились и дополнительным стимулом для интенсивных научных исследований в области обеспечения безопасной эксплуатации атомных установок. Ученые и эксплуатационники извлекли серьезные уроки и направили усилия на совершенствование ядерных технологий и повышение культуры безопасности.

Опасно ли жить в 30 км зоне АЭС? Опасна ли ядерная энергетика? Я считаю, что опасность все же имеется, но нужно просто заняться вопросом безопасной эксплуатации АЭС.  Какой тип реакторов, уже использующихся на АС, наиболее безопасен для окружающей среды, а значит и для человека? Где же причина того или иного фактора опасности? Каковы предложения современных ученых по изменению конструктивных особенностей реакторов с точки зрения их безопасности? Но это тема уже другой работы.

Нет сомнения в том, что атомная энергетика заняла прочное место в энергетическом балансе человечества. Она, безусловно, будет развиваться и впредь, безотказанно поставляя столь необходимую людям энергию. Однако понадобятся дополнительные меры по обеспечению надежности реакторов атомных электростанций, их безаварийной работы, а ученые и инженеры сумеют найти необходимые решения.  Я думаю, что здесь решеюшее слово будет за компьютерными технологиями. Надёжные компьютерные программы смогут обеспечить безопасную эксплатацию АЭС.

Несмотря на ту опасность, которую представляет атомная энергетика, она является той экологически чистой индустрией, на которую возлагает свои надежды все передовое человечество. Нам, по-видимому, следует лишь согласиться с тем, что сказал ученый мудрец, имя которого осталось неизвестным: "Нет простых решений, есть только разумный выбор".

Что касается вопроса об  альтернативных источниках энергии, то как я уже сказал на сегодняшний день их пратически нет. Но я верю в силу человеческого разума и думаю, что  когда-нибудь найдут альтернативные источники энергии.

Возможности ядерной энергетики не исчерпаны.  Кроме делящихся материалов, на которых работают современные АЭС, на  Земле имеются огромные запасы дейтерия.  Он может быть использован в термоядерных реакциях синтеза с выделением огромной энергии.  Во всем мире ведутся исследования по освоению управляемого термоядерного синтеза.

Список использованных ресурсов.

1. http://www.ecohome.ru/family/?id=74ЧЕТ  сайт  « Экология семьи»

2. http://www.pircenter.org/data/publications/yki4-2004.html  пир-центр

1. http://www.minatom.ru/News/Main/viewPrintVersion?id=23890&idChannel=579 
2. http://www.duma.gov.ru/energy/zakon/rekomen/r300605.html 
3. http://www.cdb-lazurit.ru/?10707  ОАО "ЦКБ "Лазурит"
4. http://www.energetica.ru/rus/m_e/m_e_news_04.08.2005_2.htm  ОАО «малая энергетика»
5. http://yakute.elektra.ru/cgi-bin/press01.cgi?2002/jan29 Российское Акционерное Общество Энергетики и  Электрификации "ЕЭС РОССИИ"

6.Г.Кесслер «Ядерная энергетика» Москва: Энергоиздат, 1986 г.

7. Т.Х.Маргулова «Атомная энергетика сегодня и завтра» Москва: Высшая школа, 1989 г.