Последствия радиоактивности на примере 4-ого атомного энергоблока на Чернобыльской АЭС

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ

АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ

государственное автономное профессиональное образовательное учреждение Архангельской области

«СЕВЕРОДВИНСКИЙ ТЕХНИКУМ СОЦИАЛЬНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ»

(ГАПОУ АО «СТСИ»

Тема: Последствия радиоактивности

на примере 4-ого атомного энергоблока на Чернобыльской АЭС

Выполнили: Носов Ярослав,

обучающийся гр.213/214

Руководитель: Масько Татьяна  Ивановна

Северодвинск,2021

Содержание:

Введение…………………………………………………………………………...3

1Развитие атомной энергетики……………………..………...…………..……...4

2 Принцип работы атомной станции.....................................................................7

3 Авария на Чернобыльской АЭС …………………………………………...…10

3.1Последствия радиоактивного фона…………………………………………14

Заключение………………………………………………………………………16

Список используемой литературы ……………………………………………..17

Введение

Однажды вечером сидя дома и, смотря по телевизору одну передачу «чернобыль зона отчуждения» я задался вопросом что же такое атом и атомная энергетика, а так же,  каковы последствия этой сферы деятельности на внешний мир.

Авария на Чернобыльской атомной электростанции, случившаяся 26 апреля 1986 года, стала самой масштабной катастрофой за всю историю ядерной энергетики и по-прежнему остается актуальной темой для многих размышлений.

Создание атомных реакторов во всем мире потребовало разработки сложнейшей автоматики управления, сверхтщательного просчета аварийных ситуаций и их последствий, планирования логистики топлива и производимой энергии. Поддержание собственной ядерной энергетической отрасли доступно только странам, обладающим финансами, мощным промышленным и научным потенциалом.

Цель работы: исследование последствий воздействия повышенного радиоактивного фона, возникшие в следствии аварии на ЧАЭС.

Задачи:

- ознакомиться с литературой по данной теме

- Выяснить, что произошло в 4-ом атомном реакторе вследствие чего и произошёл взрыв.

- Последствия взрыва на окружающую среду.

Методы исследования – теоретические (работа с различными источниками)

1 Развитие атомной энергетики

И до, и во время Второй Мировой Войны в Советском Союзе не было возможности выделить на работу по атомной тематике достаточное количество ресурсов. Стране нужна была сталь, нужны были танки, нужно было оружие века текущего, которым можно было побеждать здесь и сейчас. В то время, когда работа по использованию атомной энергии в Британии и США шла полным ходом, исследования в Советском Союзе не обладали необходимым масштабом. Начиная с распоряжения ГКО № 2352 от 28 сентября 1942 года «Об организации работ по урану» велась подготовительная работа. Советская сторона внимательно следила за успехами заокеанских коллег. Спешно шел поиск месторождений урана, которых бы было достаточно для запуска реакторов. Разведанных запасов на просторах СССР не хватало для быстрого создания ядерной бомбы. Позднее были открыты месторождения в Казахстане, Узбекистане, Киргизии и Забайкалье. Но в конце войны разведанные запасы все еще были недостаточны. Огромный вклад в дело создания атомной бомбы сделали месторождения в Германии и Чехии. Они обеспечили порядка 60% поставок для советского атомного проекта.

В Советском Союзе была построена первая в мире экспериментальную АЭС неподалеку от городка Обнинск. Постройка станции была завершена в первой половине пятидесятых годов. На станции использовался реактор, работающий на тепловых нейтронах. Он был маломощным, но сам факт его сооружения доказывал, что атомную энергию можно использовать в мирных целях. Данное событие сыграло важнейшую роль в развитии атомной энергетики во всем мире.

Со временем на территории СССР и других стран были построены новые АЭС. С этого момента началась новая эпоха использования ядерной энергии. В первой половине шестидесятых годов была сооружена Белоярская АЭС. Ее оснастили принципиально новым типом реактора. По уровню мощности и эффективности она существенно опережала первый экземпляр. В то же время был сооружен первый энергоблок на Нововоронежской атомной электростанции.

Первые советские реакторы не нуждались в каркасе значительной толщины и большого веса. Это связано с тем, что все они были урано-графитового типа. Подобную установку поставили в начале семидесятых годов на Ленинградской атомной станции. Ее оснастили четырьмя энергоблоками. Каждый из них выдавал огромный на тот момент уровень мощности. Он составлял одну тысячу мегаватт. В тот же период соорудили первую ядерную теплоэлектроцентраль. Она использовалась в целях снабжения горячей водой и отапливания домов, находящихся в регионе.

В СССР построили еще две ядерные электростанции в 1976 году. Одна из них получила название — Курская, а вторая — Армянская. Последняя строилась с определенными сложностями. Поскольку возведение этой станции осуществлялось в опасном сейсмическом районе. Развитие атомной энергетики в Советском Союзе было достаточно разносторонним. Ученые не зацикливались на сооружении одного типа реакторов. Разработки и научные изыскания шли без остановки. Это позволило добиться существенных результатов и сильно расширить изначальные возможности отрасли. В 1965 году построили одноконтурную опытную атомную электростанцию в городе Ульяновск. Ее уровень мощности составлял пятьдесят мегаватт. Разработанный тип реактора дал возможность существенно упростить применяемые устройства, не снижая показатели безопасности и надежности. В Димитровграде соорудили еще одну экспериментальную станцию. Она имела реактор с уровнем мощности двенадцать мегаватт. Последний имел одну очень важную черту. Это был быстрый реактор. Система охлаждения устройства — натриевая.

В семидесятые годы прошлого века советские ученые разработали два уникальных реактора-преобразователя. Они получили наименование «Топаз». Их особенность заключалась в том, что они напрямую преобразовывали тепловую энергию в электрическую. Спустя некоторое время на основе упомянутых устройств сооружали реакторы для атомных субмарин.

Таким образом, атомная энергетика в Советском Союзе была самой технологичной отраслью народного хозяйства, многие научные разработки, созданные в те времена, до сих пор не потеряли своей актуальности, и морально не устарели.

2. Принцип работы атомной станции

Принцип работы любой тепловой электростанции, в том числе и атомной, прост: энергоноситель нагревает воду, она превращается в пар, который попадает на турбину. Турбина вращает ротор, в цепи появляется электрический ток. Хотя во время работы реактора АЭС производит мизерное количество отходов — тут нет ни парниковых газов, ни огромных объемов золы, нет постоянного потока подвозящего топливо транспорта — но последствия аварий на АЭС могут быть очень тяжелыми, что накладывает особые требования к безопасности не только при управлении реакцией, но и при транспортировке топлива и отходов ядерной реакции, отработавшего топлива.

Атомная энергетика начинается с извлечения урана из-под земли. Методы добычи и обработки практически уникальны для каждого отдельного месторождения и зависят от глубины залегания руды, ее химического состава, размеров залежей, состояния почвы, топологии и других факторов. Два самых распространенных способа – это добыча породы и подземное выщелачивание.

Первый — это выработка в шахтах и карьерах. Урановая руда добывается из пород земли, дробится и отправляется на переработку. Для того, чтобы отделить уран от пустой породы, руда выщелачивается. Обычно для этого используется серная кислота (H2S04), из-за дешевизны и простоты метода. Однако, это не всегда возможно: четырехвалентные соединения урана практически не реагируют с кислотами. Для руд с высоким содержанием таких соединений приходится использовать иные окислители: двуокись марганца (MnO2) или хлорат натрия (NaClO3). Подземное выщелачивание Второй тип добычи — подземное выщелачивание. 

Рисунок 1 Подземное выщелачивание

В целом, основная разница в технологическом процессе состоит в том, что серная кислота подаётся под давлением в пласт земли, а выкачивается оттуда уже раствор солей урана. Особенно хорош этот способ для добычи на больших глубинах, куда дорого, а зачастую и технически сложно рыть шахту. Серьёзный недостаток подземного выщелачивания — процент извлечения урана значительно меньше, чем можно получить путем переработки руды. Часть урана остается под землей. Таким методом добычи пользуются на Южном Урале. 

Рисунок 2 Желтый кек

Независимо от метода получения, далее уран требуется осадить из полученного раствора и очистить от нежелательных элементов, в том числе и тормозящих цепную реакцию (бора, кадмия).

Рисунок 3 Процесс производства желтого кека

3 Авария на Чернобыльской АЭС

Авария на Чернобыльской АЭС  произошла 26 апреля 1986 года в четвёртом энергоблоке расположенном около города Припять (Украинская ССР, ныне — Украина). Разрушение носило взрывной характер, реактор был полностью разрушен, а в окружающую среду выброшено большое количество радиоактивных веществ. Авария расценивается как крупнейшая в своём роде за всю историю атомной энергетики, как по предполагаемому количеству погибших и пострадавших от её последствий людей, так и по экономическому ущербу.

В течение первых трёх месяцев после аварии скончался 31 человек, ещё 19 смертей с 1987 по 2004 год предположительно можно отнести к её прямым последствиям. 134 человека из числа ликвидаторов перенесли острую лучевую болезнь той или иной степени тяжести. Высокие дозы облучения людей, в основном из числа аварийных работников и ликвидаторов, послужили или могут послужить причиной четырёх тысяч дополнительных смертей от отдалённых последствий облучения. Тем не менее эти цифры существенно меньше того количества жертв, которое приписывается чернобыльской катастрофе общественным мнением.

В отличие от бомбардировок Хиросимы и Нагасаки, взрыв напоминал очень мощную «грязную бомбу» — основным поражающим фактором стало радиоактивное загрязнение. Облако, образовавшееся от горящего реактора, разнесло различные радиоактивные материалы, прежде всего радионуклиды йода и цезия, по большей части Европы. Наибольшие выпадения вблизи реактора отмечались на территориях, относящихся к Белоруссии, Российской Федерации и Украине. Из 30-километровой зоны отчуждения вокруг АЭС было эвакуировано всё население — более 115 тысяч человек.

Для ликвидации последствий были мобилизованы значительные ресурсы, более 600 тысяч человек участвовали в ликвидации последствий аварии. Чернобыльская авария стала событием большого общественно-политического значения для СССР. Всё это наложило определённый отпечаток на ход расследования её причин. У специалистов нет единого мнения о точных причинах аварии, версии разных атомщиков сходны в общих чертах и различаются в конкретных механизмах возникновения и развития аварийной ситуации

Хронология аварии

На 25 апреля 1986 года была запланирована остановка 4-го энергоблока Чернобыльской АЭС для очередного планово-предупредительного ремонта. Во время таких остановок обычно проводятся различные испытания оборудования, как регламентные, так и нестандартные, проводящиеся по отдельным программам. В этот раз целью одного из них было испытание так называемого режима «выбега ротора турбогенератора», предложенного генеральным проектировщиком (московским институтом «Гидропроект») в качестве дополнительной системы аварийного электроснабжения. Режим «выбега» позволял бы использовать кинетическую энергию, запасённую во вращающемся роторе турбогенератора, для обеспечения электропитанием питательных (ПН) и главных циркуляционных насосов (ГЦН) в случае обесточивания электроснабжения собственных нужд станции. Однако данный режим не был отработан или внедрён на АЭС с РБМК. Это были уже четвёртые испытания режима, проводившиеся на ЧАЭС. Первая попытка в 1982 году показала, что напряжение при выбеге падает быстрее, чем планировалось. Последующие испытания, проводившиеся после доработки оборудования турбогенератора в 1983—1985 годах, также по разным причинам заканчивались неудачно.

Испытания должны были проводиться 25 апреля 1986 года на мощности 700—1000 МВт (тепловых), 22—31 % от полной мощности. Примерно за сутки до аварии (к 3:47 25 апреля) мощность реактора была снижена примерно до 50 % (1600 МВт). В 14:00, в соответствии с программой, была отключена система аварийного охлаждения реактора. Однако дальнейшее снижение мощности было запрещено диспетчером Киевэнерго. Запрет был отменён диспетчером в 23:10. Во время длительной работы реактора на мощности 1600 МВт происходило нестационарное ксеноновое отравление. В течение 25 апреля пик отравления был пройден, началось разотравление реактора. К моменту получения разрешения на дальнейшее снижение мощности оперативный запас реактивности (ОЗР) возрос практически до исходного значения и продолжал возрастать. При дальнейшем снижении мощности разотравление прекратилось и снова началось отравление.

В течение примерно двух часов мощность реактора была снижена до уровня, предусмотренного программой (около 700 МВт тепловых), а затем, по неустановленной причине, до 500 МВт. В 0:28 при переходе с системы локального автоматического регулирования на автоматический регулятор общей мощности оператор (СИУР) не смог удержать мощность реактора на заданном уровне, и она провалилась (тепловая — до 30 МВт, нейтронная — до нуля). Персонал, находившийся на БЩУ-4, принял решение о восстановлении мощности реактора (извлекая поглощающие стержни реактора) и через несколько минут добился её роста, а в дальнейшем и стабилизации на уровне 160—200 МВт (тепловых). При этом ОЗР непрерывно снижался из-за продолжающегося отравления. Соответственно, операторы продолжили извлекать стержни ручного регулирования (РР).

После достижения 200 МВт тепловой мощности были включены дополнительные главные циркуляционные насосы, и количество работающих насосов доведено до восьми. Согласно программе испытаний, четыре из них, совместно с двумя дополнительно работающими питательными насосами, должны были служить нагрузкой для генератора «выбегающей» турбины во время эксперимента. Дополнительное увеличение расхода теплоносителя через реактор привело к уменьшению парообразования. Кроме того, расход относительно холодной питательной воды оставался небольшим, соответствующим мощности 200 МВт, что вызвало повышение температуры теплоносителя на входе в активную зону, и она приблизилась к температуре кипения.

В 1:23:04 начался эксперимент. Из-за снижения оборотов насосов, подключённых к выбегающему генератору, и положительного парового коэффициента реактивности реактор испытывал тенденцию к увеличению мощности (вводилась положительная реактивность), однако в течение почти всего времени эксперимента поведение мощности не внушало опасений.

В 1:23:39 зарегистрирован сигнал аварийной защиты АЗ-5 от нажатия кнопки на пульте оператора. Поглощающие стержни начали движение в активную зону, однако вследствие их неправильной конструкции и низкого оперативного запаса реактивности реактор не был заглушён, а наоборот, начал разгоняться. В следующие несколько секунд зарегистрированы различные сигналы, свидетельствующие об очень быстром росте мощности, затем регистрирующие системы вышли из строя.

Произошло, по различным свидетельствам, от одного до нескольких мощных ударов (большинство свидетелей указали на два мощных взрыва), и к 1:23:47—1:23:50 реактор был полностью разрушен.

Здание энергоблока частично обрушилось, при этом погиб оператор главных циркуляционных насосов Валерий Ходемчук. В различных помещениях и на крыше начался пожар. Сотрудник пусконаладочного предприятия Владимир Шашенок умер от полученных травм в 6:00 того же дня. Впоследствии остатки активной зоны расплавились, смесь из расплавленного металла, песка, бетона и фрагментов топлива растеклась по подреакторным помещениям.

Авария на ЧАЭС произошла во время подготовки плановой остановки реактора, в результате он был полностью разрушен, а интенсивный пожар с активным выбросом радионуклидов продолжался 10 дней. За это время ветер несколько раз менял направление, поэтому радиационное заражение получили обширные территории Российской Федерации, Украины и Белоруссии, а изменения радиационного фона фиксировались буквально во всех странах Северного полушария

4 Последствия радиоактивного фона

В результате аварии произошёл выброс в окружающую среду радиоактивных веществ, в том числе изотопов урана, плутония, йода-131 (период полураспада — 8 дней), цезия-134 (период полураспада — 2 года), цезия-137 (период полураспада — 30 лет), стронция-90 (период полураспада — 28,8 лет).

Наибольшую опасность для здоровья представляли два радионуклида: йод-131 (131I с периодом полураспада 8 дней) и цезий-137 (137Cs с периодом полураспада 30 лет).

Сегодня большинство последствий ученые связывают именно с йодом-131, облучение которым произошло непосредственно во время катастрофы. Но поскольку период полураспада крайне мал, установить точный масштаб заражения на данный момент невозможно.

Наибольшее заражение получили территории, на которых выпали радиоактивные осадки — так как вещества впитались в почву. После из нее они перешли на траву пастбищ и, соответственно, к животным. Поэтому высокие дозы йода-131, полученные населением, были вызваны, прежде всего, употреблением свежего коровьего молока. Последствия для здоровья объясняются и тем, как распределяются радиоактивные вещества в организме. Цезий-137 равномерно поражает все участки тела, поэтому, по выводам НКДАР ООН, его доза не оказалась клинически значимой. С йодом-131 ситуация другая — это вещество накапливается в щитовидной железе, поэтому и степень поражения стала существенной.

Сейчас именно с действием радиации связывают возросшее в 90-е годы ХХ века число случаев рака щитовидной железы на зараженных территориях. На сегодняшний день большинство радионуклидов распалось до пренебрежимо низких уровней. Актуальным в плане облучения остается лишь цезий-137. Однако сегодня не до конца понятно, как именно он может повлиять на здоровье в долгосрочной перспективе. 

Последствия облучения могут быть острыми или отдаленными. Первые развиваются сразу после происшествия, вторые сказываются на здоровье спустя годы. Отдаленные последствия часто неправильно трактуются — появление тех или иных болезней может быть вызвано другими факторами и не связано с радиацией. Поэтому исследования таких нарушений здоровья требуют тщательной проверки. Острые же — это очевидные последствия, которые однозначно спровоцированы облучением. И среди них — острая лучевая болезнь (ОЛБ). Такой диагноз изначально ставился 237 работникам ЧАЭС из 600 находившихся на станции в день трагедии. Впоследствии диагноз был подтвержден у 134 человек, они получили высокие дозы в пределах от 0,8 до 16 Гр. Острая лучевая болезнь стала причиной смерти 28 человек, которые скончались в клиниках Москвы и Киева в первые 3 месяца после аварии на ЧАЭС. Еще 19 человек из числа пострадавших умерли с 1987 по 2004 год. Однако в их случае причины летального исхода не всегда были связаны с полученной дозой радиации. У всех ликвидаторов, пострадавших от острой лучевой болезни, наблюдались нарушения функций костного мозга. Именно это, наряду с лучевыми ожогами, стало причиной быстрой смерти. К сожалению, пересадка костного мозга в этом случае была малоэффективна — из 13 пациентов, перенесших эту операцию, выжил лишь один. У тех ликвидаторов, которые перенесли ОЛБ, костный мозг сильно пострадал — диагностировалась тяжелая иммунодепрессия. Восстановление кроветворения у них заняло 2-6 месяцев, а вот на нормализацию иммунной системы в полной мере ушло не менее 2 лет. Острая лучевая болезнь стала одним из наиболее тяжелых последствий для здоровья после взрыва реактора ЧАЭС. При этом значимо высокие дозы облучения получила только часть ликвидаторов. А вот среди населения с учетом и тех, кто не был эвакуирован с загрязненных территорий, случаев ОЛБ вообще не было.

Заключение

Прошлый век – это начало научно-технического прогресса. Однако с развитием новых технологий человечество приобрело и новые проблемы. Одна из которых – загрязнение окружающей среды.

Существует несколько видов загрязнений, которые наносят непоправимый урон всей экосистеме. Но одно из самых опасных – радиоактивное. Оно представляет непосредственную угрозу не только для жизни и здоровья человека, но и всех живых организмов. Атомные ядра обладают способностью самопроизвольно превращаться в другие атомы. Этот процесс сопровождается излучением альфа-, бета-, гамма – частиц, которые и представляют наибольшую опасность для всего окружающего.

Самый большой вред для всего человечества и окружающей среды наносили ядерные взрывы. Радиация развеивалась потоками ветра на большие расстояния от эпицентра взрыва, в результате этого почва, атмосфера, вода, продукты питания подвергались заражению активными радиоизотопами. Аварии на атомных электростанциях также являются причинами подобного загрязнения.

Полностью ликвидировать последствия заражения не представляется возможным. Поэтому, чтобы уберечь человека и окружающую его среду от радиоактивного заражения, должны быть проведены предупредительные меры, которые обеспечат сохранение уровня загрязнения радиоактивными веществами в пределах допустимой нормы. Для этого необходимо ограничить выброс радиоактивных загрязнений, изолировать зараженные зоны, ограничить сферы распространения радиации, чтобы уровень загрязнения оставался в пределах безопасных для окружающей среды.

Список используемой литературы

1. Лаголовский И.К. Наука и жизнь. «Пресса».1996.
2. Лаголовский И.К. Наука и жизнь. «Пресса».1997.
3. Реброва Л.Н. Биология в школе. «Школа-Пресс». 1999.
4. Симонов П.В.,Смирнов В.Н., Созинов А.А. Наука и жизнь. «Пресса».1997.
5. Тихонов А.К. Наука и жизнь. «Пресса». 2007.