Исследовательская работа по теме:"Атомная энергетика"

Тезисы работы по теме «Атомная энергетика» ученика 4 «В»

 ГБОУ СОШ №521 Федорова Максима

Использование мирного атома – одно из развивающихся направлений в современной науке. Повсеместное применение ядерной энергии началось благодаря научно-техническому прогрессу не только в военной области, но и в мирных целях. Сегодня нельзя обойтись без нее в промышленности, энергетике и медицине. Весь потенциал использования мирного атома до конца не раскрыт. Этот вопрос особенно актуален для Санкт-Петербурга потому, что не далеко от нашего города находится крупнейшая атомная электростанция России.

Вопросы атомной энергетики как правило рассматриваются в старших классах школы. Эта работа проведена для того, чтобы подготовить материал для рассказа ученикам начальной школы о истории атомной энергетики и ее будущем в доступной форме.

Перед началом работы были поставлены следующие цели и задачи:

• Расширение общего кругозора. 
• Познакомиться с историей появления и развития атомной энергетики;
• Познакомиться с использование атомной энергии в наше время.
• Изучить перспективы развития ядерной энергетики.
• Понять насколько безопасно использование атомной энергии.

Для выполнения данной работы было произведено изучение различных информационных сайтов по данной теме, с последующим сравнением и обобщением полученной информации.

Атомная энергетика начала развиваться в середине ХХ века. После бурного роста, произошел спад в развитии и строительстве атомных электростанций. Атомная энергетика имеет свои плюсы и минусы в сравнении с другими способами получении электроэнергии.

По итогам работы сделаны следующие выводы:

• Атомная энергетика способствует улучшению экологии.
• Возможности атомной энергии до конца не изучены.
• Существуют перспективы по дальнейшему развитию атомной энергетики.
• Атомная энергетика не опаснее других видов энергетики.

   В своем исследовании я познакомился с историей появления и развития атомной энергетики. Узнал где применяется энергия мирного атома в наши дни. Выяснил какие есть перспективы для развития данной отрасли. По результатам изучения различных мнений я выяснил, что при современном развитии технологий, атомная энергетика является безопасным источником получения энергии.

Эта работа может помочь ученикам начальной школы познакомиться с атомной энергетикой в доступной форме. И может кого-то заинтересует данная тема для последующего изучения.

Государственное бюджетное образовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 521

с углубленным изучением математики и информатики

Красногвардейского района Санкт-Петербурга

Проект – исследование

Атомная энергетика

Физика

 Ученик 4 «В» класса

Федоров Максим Алексеевич

Учитель начальных классов

ГБОУ СОШ №521

Смирнова Татьяна Юрьевна

Санкт-Петербург

2021

Содержание

Введение

Ещё в детстве я увидел в мультфильмах и прочитал в детской энциклопедии рассказы о атомной энергии. Меня заинтересовала эта тема.

Использование мирного атома - одно из развивающихся направлений в современной науке. Атомная энергетика остается предметом острых дебатов. Сторонники и противники атомной энергетики резко расходятся в оценках ее безопасности, надежности и экономической эффективности. Кроме того, широко распространено мнение о возможной утечке ядерного топлива из сферы производства электроэнергии и его использования для производства ядерного оружия[1].

Повсеместное применение ядерной энергии началось благодаря научно-техническому прогрессу не только в военной области, но и в мирных целях. Сегодня нельзя обойтись без нее в промышленности (атомные подводные лодки и ледоколы), энергетике и медицине.  

Вместе с тем, использование ядерной энергии имеет не только преимущества, но и недостатки. Прежде всего, это опасность радиации, как для человека, так и для окружающей среды. Масштабная катастрофа на Чернобыльской АЭС, которая, помимо непосредственных последствий, серьёзно отразилась на всей ядерной энергетике в целом. После этой аварии темпы строительства новых АЭС существенно замедлились. Большое влияние на атомную энергетику оказала катастрофа на АЭС Фукусима-1, произошедшая в марте 2011 года в Японии. Она возникла в результате воздействия на АЭС сильного землетрясения и последовавшего за ним цунами[2].

В ходе этого исследования я поставил перед собой задачу ознакомиться с историей использования атомной энергии для получения электричества. Понять насколько безопасно использование этой энергии. Этот вопрос особенно актуален для Санкт-Петербурга потому, что не далеко от нашего города находится крупнейшая атомная электростанция России. А также изучить перспективы развития данной отрасли. Также эта тема актуальна ввиду продолжающегося строительства атомных электростанций во многих странах мира.[4]

Во время выполнения работы я решил выяснить отношение одноклассников к мирному атому и атомной энергетике. Им было предложено ответить на несколько вопросов. Результаты этого опроса представлены на рисунках 1 и 2. Результаты этого опроса немного противоречивы. С одной стороны, одноклассники считают, что мирный атом необходим. С другой стороны, они не верят в безопасность атомной энергетики. Я думаю, что с помощью этой работы можно будет устранить эти противоречия.[3][ Анкетирование учащихся класса]

Рис. 1

Рис. 2

Появления понятия «Атом» и атомная энергия

Что такое атом?

Атомы - это мельчайшие частицы, из которых состоят все вещества.

Понятие атом (в переводе с греческого - «неделимый») возникло ещё в античном мире. В V в. до н.э. древнегреческим ученым Демокритом была выдвинута идея, что все в мире состоит из атомов. По легенде, эта мысль пришла ему в голову, когда он разрезал яблоко. У него возник вопрос, а до каких пор можно рассекать яблоко на части? Мысль о том, что такое деление когда-нибудь закончится, и побудила его назвать мельчайшие частицы атомами (в буквальном переводе с языка древних греков слово «атом» означает «неразрезаемый», «нерассекаемый»).[5]

На сегодняшний же день нам известно, что атом - это не самая маленькая частица, что существуют частицы и меньше, которые находятся внутри самого атома. Атом состоит из ядра и окружающих его частиц. Ядро атома включает в себя протоны и нейтроны, а электроны движутся вокруг ядра по определенным орбитам (их движение напоминает движение планет вокруг Солнца). Атомы настолько малы, что их нельзя увидеть невооруженным глазом.

Что такое атомная энергия?

Атомная энергия - это энергия, которая выделяется при делении ядра атома.

Как правило, чтобы расщепить ядро атома, человеку самому нужно затратить очень много энергии. Но есть вещества, ядра атомов которых могут делиться самостоятельно. К ним, например, относится уран. При делении ядер его атомов выделяется колоссальное количество энергии.

Процесс деления ядра атома называют ядерной реакцией. Все ядерные реакции являются цепными, т.е. деление одного ядра приводит к делению других ядер. Очень важно, чтобы эти реакции были управляемыми человеком, т.к. при неуправляемом процессе мгновенно выделяется такое большое количество энергии, что приводит к взрыву. При ядерном взрыве первый разрушающий фактор - это ударная волна, которая сносит все на своем пути. После же взрыва частички атомов способны проникать в органы человека и вызывать различные заболевания. Такое воздействие называется радиацией, и оно может проявляться многие десятилетия. Воздействию радиации может быть подвержен не только человек, но и все живое на Земле.[6]

Ученые-первооткрыватели в освоении атомной энергии.

Строение веществ изучали многие ученые из разных стран.

Первым, кто начал исследовать строение атомов вещества, был Джон Дальтон, английский химик, живший в начале XIX века.

В конце XIX века эту работу продолжил Эрнест Резерфорд. Он первым предположил, что в центре атома находится ядро и первое искусственное деление ядер провел в 1919 году именно он.

В нашей стране работа по исследованию атома и атомной энергии началась в 1932 году в Ленинграде под руководством Игоря Васильевича Курчатова - основателя советской атомной отрасли. С началом Великой Отечественной войны работа была приостановлена, но только до тех пор, пока в 1942 году Советское правительство не получило сведения о том, что в США и Германии ведутся работы по созданию атомного оружия.

Осенью 1942 года Курчатов был вызван из Казани, где он возглавлял эвакуированную лабораторию, в Москву. Группа ученых под руководством Курчатова работала в очень тяжелых условиях. Однако 25 декабря 1946 года И.В. Курчатов с помощниками впервые в Европе осуществили управляемую цепную реакцию деления урана. А уже 29 августа 1949 года прошло испытание атомной бомбы.[4]

Мы видим, что фактически использование атомной энергии началось с создания ядерного оружия. Однако десятилетия спустя, вспоминая события того памятного дня, Курчатов писал, что он надеется на торжество здравого смысла, на то, что атомная энергия не будет расходоваться на изготовление разрушительного оружия, а будет использована лишь в мирных целях: на мирных кораблях и самолётах, на электростанциях, производящих свет и тепло для людей.[8]

История атомной энергии и её применения

Начало атомной энергетики

Впервые цепная реакция ядерного распада была осуществлена 2 декабря 1942 года в Чикагском университете с использованием урана в качестве топлива и графита в качестве замедлителя. Первая электроэнергия из энергии ядерного распада была получена 20 декабря 1951 года в Национальной лаборатории Айдахо с помощью реактора на быстрых нейтронах EBR-I. Произведённая мощность составляла около 100 кВт.[7]

В 1954 году в СССР построили первую в мире атомную станцию. После этого программы быстрого роста атомной энергетики начали разрабатывать в США, Великобритании, ФРГ и Франции.

9 мая 1954 года на ядерном реакторе в г. Обнинск была достигнута устойчивая цепная ядерная реакция. Реактор мощностью 5 МВт работал на обогащённом уране с графитом в качестве замедлителя, для охлаждения использовалась вода. 26 июня в 17:30 энергия, выработанная здесь, стала поступать в потребительскую электросеть Мосэнерго.

В 1956 году в Великобритании начала работу пятидесятимегаваттная АЭС «Calder Hall-1». Далее последовали в 1957 году АЭС Шиппингпорт в США — 60 МВт и в 1959 году АЭС Маркуль во Франции — 37 МВт. В 1958 начала выдавать электроэнергию первая очередь второй советской АЭС — Сибирской, мощностью 100 МВт, полная проектная мощность которой составляла 600 МВт. В 1959 году в СССР спущено на воду первое в мире невоенное атомное судно — ледокол «Ленин».

Ядерная энергетика, как новое направление в энергетике, получила признание на проходившей в Женеве в августе 1955 года 1-й Международной научно-технической конференции по мирному использованию атомной энергии, положившей начало международному сотрудничеству в области мирного использования ядерной энергии и ослабившей завесу секретности над ядерными исследованиями, существовавшей со времён Второй мировой войны.

В 1960-х годах в США происходил перевод ядерной энергетики на коммерческую основу. Первой коммерческой АЭС стала «Yankee Rowe» мощностью 250 МВТ, проработавшая с 1960 до 1992 года. Первой атомной станцией в США, строительство которой финансировалось из частных источников, стала АЭС Дрезден.

В СССР в 1964 году вступили в строй Белоярская АЭС (первый блок 100 МВт) и Нововоронежская АЭС (первый блок 240 МВт). В 1973 году на Ленинградской АЭС в городе Сосновый бор был запущен первый высокомощный энергоблок (1000 МВт). Энергия пущенного в 1972 году в Казахстане первого промышленного реактора на быстрых нейтронах (150 МВт) использовалась для производства электроэнергии и опреснения воды из Каспийского моря.[9]

В начале 1970-х годов существовали видимые предпосылки для развития ядерной энергетики. Потребность в электроэнергии росла, гидроэнергетические ресурсы большинства развитых стран были практически полностью задействованы. Но большинство программ развития атомной энергетики в разных странах не были выполнены. Как оказалось, АЭС не смогла конкурировать со станциями, которые работают на угле, газе и мазуте. Но после начала мирового энергетического кризиса и подорожания нефти спрос на атомную энергетику вырос. В 70-х годах прошлого столетия эксперты считали, что мощность всех АЭС сможет заменить половину электростанций.

Тем не менее, к началу 1980-х годов обозначились серьёзные экономические трудности, причинами которых стали стабилизация спроса на электроэнергию, прекращение роста цен на природное топливо, удорожание, вместо прогнозируемого удешевления, строительства новых АЭС.

В середине 80-х рост атомной энергетики замедлился, страны начали пересматривать планы на сооружение новых АЭС. Этому способствовали как политика энергосбережения и снижение цены на нефть, так и катастрофа на Чернобыльской станции, которая имела негативные последствия не только для Украины. После некоторые страны вообще прекратили сооружение и эксплуатацию атомных электростанций.[15]

Применение атомной энергии в других областях.

1. Атомная энергия для полетов в космос.[10]

В космос слетало более трех десятков ядерных реакторов, они использовались для получения энергии. Впервые ядерный реактор в космосе применили США в 1965 году. В качестве топлива использовался уран-235. Проработал он 43 дня. В Советском Союзе реактор «Ромашка» был запущен в Институте атомной энергии. Его предполагалось использовать на космических аппаратах вместе с плазменными двигателями. Но после всех испытаний он так и не был запущен в космос. Следующая ядерная установка «Бук» была применена на спутнике радиолокационной разведки. Первый аппарат был запущен в 1970 году с космодрома Байконур. Сегодня «Роскосмос» и «Росатом» предлагают сконструировать космический корабль, который будет оснащен ядерным ракетным двигателем и сможет добраться до Луны и Марса. Но пока что это все на стадии предложения.

2. Применение ядерной энергии в промышленности.[6]

Атомная энергия применяется для повышения чувствительности химического анализа и производства аммиака, водорода и других химических реагентов, которые используются для производства удобрений.  Ядерная энергия, применение которой в химической промышленности позволяет получать новые химические элементы, помогает воссоздавать процессы, которые происходят в земной коре. Для опреснения соленых вод также применяется ядерная энергия. Применение в черной металлургии позволяет восстанавливать железо из железной руды. В цветной – применяется для производства алюминия. [11]

3. Использование ядерной энергии в сельском хозяйстве.[6]

 Применение ядерной энергии в сельском хозяйстве решает задачи селекции и помогает в борьбе с вредителями. Ядерную энергию применяют для появления мутаций в семенах. Делается это для получения новых сортов, которые приносят больше урожая и устойчивы к болезням сельскохозяйственных культур. Так, больше половины пшеницы, выращиваемой в Италии для изготовления макарон, было выведено с помощью мутаций. Также с помощью радиоизотопов определяют лучшие способы внесения удобрений. Например, с их помощью определили, что при выращивании риса можно уменьшить внесение азотных удобрений. Это не только сэкономило деньги, но и сохранило экологию. Немного странное использование ядерной энергии – это облучение личинок насекомых. Делается это для того, чтобы выводить их безвредно для окружающей среды. В таком случае насекомые, появившееся из облученных личинок, не имеют потомства, но в остальных отношениях вполне нормальны.

4. Ядерная медицина.

 Медицина использует радиоактивные изотопы для постановки точного диагноза. Медицинские изотопы имеют малый период полураспада и не представляет особой опасности как для окружающих, так и для пациента. Еще одно применение ядерной энергии в медицине было открыто совсем недавно. Это позитронно-эмиссионная томография. С ее помощью можно обнаружить рак на ранних стадиях.

5. Применение ядерной энергии в машиностроении. [16]

В начале 50-х годов прошлого века были предприняты попытки создать танк на ядерной тяге. Разработки начались в США, но проект так и не был воплощен в жизнь. В основном из-за того, что в этих танках так и не смогли решить проблему экранирования экипажа. Известная компания Ford трудилась над автомобилем, который бы работал на ядерной энергии. Но дальше макета производство такой машины не зашло. Все дело в том, что ядерная установка занимала очень много места, и автомобиль получался очень габаритным. Компактные реакторы так и не появились, поэтому амбициозный проект свернули. Наверное, самый известный транспорт, который работает на ядерной энергии – это различные суда как военного, так и гражданского назначения:[14]

• Атомные ледоколы.
• Транспортные суда.
• Авианосцы.  
• Крейсеры.
• Атомные подводные лодки

Плюсы и минусы использования ядерной энергии

Сегодня доля ядерной энергетики в мировом производстве энергии составляет примерно 17 процентов. Хотя человечество использует органическое топливо, но его запасы не бесконечны. Поэтому, как альтернативный вариант, используется ядерное топливо. Но процесс его получения и использования связан с большим риском для жизни и окружающей среды. Конечно, постоянно совершенствуются ядерные реакторы, предпринимаются все возможные меры безопасности, но иногда этого недостаточно. Примером могут служить аварии на Чернобыльской атомной электростанции и Фукусиме. С одной стороны, исправно работающий реактор не выбрасывает в окружающую среду никакой радиации, тогда как из тепловых электростанций в атмосферу попадает большое количество вредных веществ. Самую большую опасность представляет отработанное топливо, его переработка и хранение. Потому что на сегодняшний день не изобретен полностью безопасный способ утилизации ядерных отходов.[2]

Плюсы атомной энергетики.

1. Снижение выбросов парниковых газов.

Согласно докладам, опубликованным в 1998 году, выбросы парниковых газов сократились почти вдвое за счет использования ядерной энергии. Было отмечено, что ядерная энергия не выделяет вредных газов, таких как углекислый газ и метан, которые в значительной степени ответственны за загрязнение атмосферы и вызывают глобальное потепление.

Институт ядерной энергии заявил, что ядерная энергия производит более чистый воздух, чем другие источники энергии. Несмотря на то, что некоторые парниковые газы выделяются во время транспортировки, они не оказывают вредного воздействия на воздух или воду.

2. Высокая выходная мощность.

Большинство источников энергии — это солнце, вода или воздух. Но природа непредсказуема, а это значит, что добыча энергии зависит от различных факторов. Но это не относится к производству от ядерной энергии. Атомные станции работают с гораздо большим коэффициентом мощности. Они генерируют больше энергии, чем остальные типы электростанций.

3. Экономия.

Первоначальные затраты на создание атомной станции высоки. Но если рассмотреть более поздний процесс, который включает в себя производство ядерной энергии, то это экономически выгодно. Причина - наличие урана в оптимальном количестве. Ядерная энергия более экономична, чем другие источники, такие как уголь, нефть, газ и т. д. Кроме того, атомная станция, когда-то построенная, плавно работает в течение длительного периода. Низкая стоимость топлива и его переработки делают его выгоднее на фоне остальных.

4. Устойчивый источник энергии.

В настоящее время ядерная энергия рассматривается в качестве устойчивого источника энергии. Уран доступен в большом количестве, и ядерная энергия не влияет на окружающую среду. Однако исследователи пытаются найти лучшую альтернативу Урану, чтобы сделать ядерную энергию возобновляемым источником энергии.

5. Торий, альтернатива.

Атомные станции кажутся нам будущим. Причина-наличие урана, которого хватит более чем на 80 лет. Альтернативой этому является торий. Он считается лучшей и более безопасной альтернативой, поскольку торий более доступен, чем Уран. Кроме того, в отличие от Урана, Торий не должен использоваться при высоких температурах. А также, он выпускает меньше отходов. Такие страны, как Япония и Индия, планируют использовать торий на своих электростанциях.[2]

Минусы атомной энергетики.

1. Радиоактивный отход.

Радиоактивные отходы уже давно являются дискуссионной темой. Побочный продукт ядерного деления пока не причинил нам вреда, но будущее предсказать невозможно. Поскольку количество отходов от более 400-х ядерных реакторов, работающих в настоящее время, довольно велико, это проливает свет на вероятный риск в будущем. Если эти отходы не будут должным образом запечатаны, они могут загрязнить окружающую среду и создать дополнительную опасность для здоровья. Сегодня морское дно стало местом захоронения ядерных подводных лодок и контейнеров с ядерными отходами. Таким образом, обработка радиоактивных отходов является серьезной проблемой.[2]

2. Вероятность несчастных случаев.[5]

Даже если все правила безопасности соблюдены, это не даёт никакой гарантии. Всегда есть вероятность несчастного случая. Предметом озабоченности являются масштабы разрушений. Поскольку ядерная энергия чрезвычайно мощна, даже небольшая ситуация может привести к страшным последствиям. Это одинаково вредно для человечества и природы. Так что вероятность жертв возрастает с увеличением количества атомных станций. Чернобыль-это инцидент, который до сих пор остается в мыслях каждого человека.

3. Создание атомной станции.[15]

Даже если есть много преимуществ использования ядерной энергии, есть некоторые недостатки, которые нельзя обойти стороной. Одним из них является время и деньги, необходимые для создания станции. Это не только требует времени, но и требует больших инвестиций. Кроме того, не так просто получить все разрешение и авторизацию в течение короткого периода времени. На проектирование и строительство новой атомной электростанции уходит много времени.

4. Социальная потребность в безопасности.[12]

Безопасность является большой проблемой, когда мы принимаем во внимание ядерную энергию. Поскольку она чрезвычайно мощная, существует вероятность потенциального теракта и даже минимальной небрежности, которые могут привести к хаосу. Таким образом, необходимо проявлять максимальную заботу о станциях. Атомные электростанции в случае их повреждения обладают угрозой нанесения вреда всей цивилизации.

5. Ядерно-оружейная.[13]

Производство ядерной энергии не приводит к выбросу большого количества парниковых газов. Поэтому он рассматривается как более безопасная альтернатива. Но в то же самое время существуют радиоактивные отходы, которые могут быть использованы для производства ядерного оружия. Плутоний играет важную роль в создании ядерных бомб. Даже если ядерная энергия полезна, она также вызывает серьезную озабоченность в отношении национальной безопасности.

Атомная энергетика сегодня

История ядерной энергетики охватывает период более полувека, и за это время она уже стала традиционной отраслью энергетики. В настоящее время 31 страна эксплуатирует атомные электростанции.     По состоянию на январь 2021 года, в мире насчитывается 443 энергетических реактора (не включая остановленных на длительный срок) общей мощностью около 393 ГВт, 50 реакторов находятся в стадии сооружения.

Подавляющее большинство АЭС находится в странах Европы, Северной Америки, Дальневосточной Азии и на территории бывшего СССР, в то время как в Африке их почти нет, а в Австралии и Океании их нет вообще.

Доля выработки электроэнергии на АЭС в некоторых странах достигает больших значений, так, в 12 странах она превышает 30 %. С другой стороны, в некоторых странах доля атомной энергетики в энергобалансе незначительна, так, Китай является одним из лидеров по установленной мощности, однако, АЭС дают около 4 % электричества страны. Мировым лидером по установленной мощности являются США, однако ядерная энергетика составляет лишь 20 % в общем энергобалансе этой страны. Мировым лидером по доле в общей выработке является Франция (второе место по установленной мощности), в которой ядерная энергетика является национальным приоритетом — 72 %.[4]

Китайская Народная Республика осуществляет самую масштабную программу строительства новых АЭС, также значительные программы развития атомной энергетики имеют Индия, Россия, Южная Корея и в меньшей мере ещё около полутора десятка стран мира.

В то же время в мире существует противоположные тенденции, выраженные в стагнации и даже отказе от ядерной энергетики. Как некоторые лидеры атомной энергетики (США, Франция, Япония), так и некоторые другие страны закрыли ряд АЭС. Италия стала единственной страной, закрывшей все имевшиеся АЭС и полностью отказавшейся от ядерной энергетики. Бельгия, Германия, Испания, Швейцария, Швеция осуществляют долгосрочную политику по отказу от ядерной энергетики                                                                                    Азербайджан, Грузия, Литва, Казахстан отказались от ядерной энергетики во многом по причине распада СССР, причём на территории двух последних стран уже действовали АЭС, построенные в рамках единой советской энергетики. Австрия, Куба, Ливия, КНДР, Вьетнам, Польша по политическим, экономическим или техническим причинам остановили свои ядерные программы перед пуском своих первых АЭС, хотя Польша в долгосрочной перспективе не исключает возможности строить АЭС вновь. Ранее отказывалась от атомной энергетики Армения, однако затем её единственная АЭС была пущена в эксплуатацию вновь. Тайвань заморозил строительство новой АЭС и планирует закрытие всех трех действующих станций к 2025 году. Имеющие АЭС Нидерланды и Швеция планировали отказаться от атомной энергетики, хотя пока приостановили такие мероприятия. Также имели ранее, но отказались от программ развития атомной энергетики не имевшие АЭС  Австралия, Гана, Греция, Дания, Ирландия, Латвия, Лихтенштейн, Люксембург, Малайзия, Мальта, Новая Зеландия, Норвегия, Португалия, Филиппины. Перспективы заявленного строительства новых АЭС в некоторых странах также вызывают сомнения.

Крупнейшей действующей в мире АЭС в настоящее время является южнокорейская АЭС Кори; ранее таковой была ныне временно остановленная японская АЭС Касивадзаки-Карива.[15]

Перспективы развития атомной энергетики

Сейчас, основу мировой электроэнергетики составляют станции, работающие на углеводородах, точнее на газе. Доля «углеводородной» электроэнергии составляет примерно 2/3 от всего объема электричества, произведенного в мире. Мировые запасы газа ограничены. Достаточно много на планете угля, но с ним есть ряд проблем: он довольно сильно коптит. Так в Китае уголь составляет основу электроэнергетики, и, по причине его сжигания на ТЭС, экологическая ситуация во многих китайских городах очень тяжелая. А системы очистки сильно удорожают стоимость киловатта. Кроме того, ТЭС должны находиться вблизи угольных разработок, в противном случае его доставка тоже сильно увеличивает стоимость киловатта. Поэкспериментировать с этим попробовали в Украине, закупая уголь в ЮАР, ничего хорошего у них из этого не получилось.

Сейчас много говорят о развитии альтернативной энергетики. Под этим термином понимаются природные ресурсы, возобновляемые естественным путем, и являющимися неисчерпаемыми. Например, энергия Солнца, ветряная энергия, геотермальные источники, сила приливов. Но, по большому счету, альтернативная энергетика – дело будущего. Например, в Голландии надеются, что к 2025 году 14% электроэнергии будет получаться за счет ветра и солнца.

Есть еще гидроэнергетика. Это, вроде бы экологически чистая энергия. Но с ней тоже есть проблемы. Во-первых, для строительства гидроэлектростанций должны быть большие реки и, желательно с быстрым течением. Не в каждой стране такое есть. Но самое главное состоит в том, что строительство плотины приводит к затоплению окружающей местности. А там могут быть расположены населенные пункты, промышленные предприятия и другие элементы инфраструктуры. Вот, возьмем, например, Волгу. Такой реки сейчас, фактически нет. Кроме самого верховья и устья за Волгоградом. Все остальное – каскад водохранилищ. Все, наверно, видели верхушку колокольни, торчащую из воды под Рыбинском. Это – то самое затопление. Так что гидроэнергетика тоже не выход.

У атомной энергетики большое будущее, чтобы там не говорили «зеленые». Но настоящей панацеей для человечества стало бы создание термоядерных электростанций. Они намного эффективнее всего, что существует на сегодняшний день, и являются безотходным производством, т.е. не выбрасывают в атмосферу углекислый газ (причина глобального потепления), не оставляют радиоактивных отходов. Продукт их жизнедеятельности – дистиллированная вода.[8]

Но, пока, несмотря на усилия инженеров и ученых всего мира, ничего не получается. Около 50 лет ведутся работы по освоению мирного термоядерного синтеза. Сейчас – в корпорации всех стран мира. Но, пока - ничего. Хотя, наверное, рано или поздно эта проблема будет решена. И тогда вопрос обеспечения человечества электроэнергией будет решен навсегда.[15]

Исчерпание углеродных энергоносителей, ограниченные возможности энергетики на основе ВИЭ и возрастающая потребность в энергии подталкивает большинство стран мира к развитию атомной энергетики, причем строительство АЭС начинается в развивающихся странах Южной Америки, Азии и Африки. Возобновляется ранее приостановленное строительство АЭС даже в странах, пострадавших от Чернобыльской катастрофы – Украине, Белоруссии, РФ. Возобновляется работа АЭС в Армении.

Повышаются технологический уровень атомной энергетики и ее экологическая безопасность. Уже разработаны проекты внедрения новых, более экономичных реакторов, способных расходовать на получение единицы электроэнергии в 4-10 раз меньше урана, чем современные. Обсуждается вопрос об использовании в качестве «топлива» тория и плутония. Японские ученые считают, что плутоний можно сжигать без остатка, и АЭС на плутонии могут быть самыми экологически чистыми, так как не дают радиоактивных отходов (РАО). По этой причине Япония активно скупает плутоний, освобождающийся при демонтаже ядерных боеголовок. Однако для перевода АЭС на плутониевое топливо нужна дорогостоящая модернизация ядерных реакторов.[14]

Меняется ядерный топливный цикл, т.е. совокупность всех операций, сопровождающих добычу сырья для ядерного топлива, его подготовку к сжиганию в реакторах, процесс получения энергии и переработку, хранение и захоронение РАО. В некоторых странах Европы и в РФ осуществляется переход к закрытому циклу, при котором образуется меньше РАО, т.к. значительная часть их после переработки дожигается. Это позволяет не только снизить риск радиоактивного загрязнения среды, но в сотни раз уменьшить расходы урана, ресурсы которого исчерпаемы. При открытом цикле РАО не перерабатываются, а захораниваются. Он более экономичен, но экологически не оправдан. По этой схеме пока работают АЭС США.[14]

Поскольку энергоносители, составляющие основу теплоэнергетики, исчерпаемы (особенно нефть и газ), вклад этой отрасли в энергетический бюджет будет неминуемо снижаться. Энергетика на основе угля, запасы которого достаточно велики, может развиваться в том случае, если удастся разработать технологию конкурентоспособного безопасного использования этого наиболее «грязного» топлива, в первую очередь путем подземной газификации.[7]

Гидроэнергетика во многом исчерпала свои возможности, дальше она будет развиваться в основном за счет использования малых водотоков. До 10-30% в течение столетия может увеличиться вклад нетрадиционной энергетики на основе использования ВИЭ, однако в ближайшие 30 лет ее вклад в энергетический бюджет мира вряд ли превысит 3%. Имеется множество технических проблем, которые сдерживают развитие нетрадиционной энергетики, и в первую очередь – высокая материалоемкость. Так, для ВЭУ нужно большое количество алюминия, производство которого дорого и небезопасно для окружающей среды; для СЭС – много цемента и железа; для солнечных элементов – химически чистый кремний, который очень дорог. Кроме того, поскольку ВИЭ рассредоточены, для их концентрирования нужны большие площади. Наконец, районы, где возможно использование ВИЭ, удалены от тех территорий, где энергия будет использоваться. Это ставит вопрос о необходимости новых технологий передачи электроэнергии на большие расстояния.

Единственная реальная возможность компенсировать снижение производства энергии теплоэнергетикой – развитие атомной энергетики. В этом случае практически неисчерпаемы запасы энергоносителей, энергетические установки компактны и не загрязняют атмосферу диоксидом углерода, невелик объем жидких и твердых отходов. Однако при всей перспективности атомной энергетики она является самой опасной. Ее история омрачена катастрофами в Чернобыле и Фукусиме.[4]

Тем не менее, у человечества нет другого пути, как развивать атомную энергетику, обеспечивая ее безопасность. Как показывает опыт России, Франции, Великобритании и Японии, это вполне возможно.

Безопасность атомной энергетики

По прогнозам ученых к 2030 г. потребление энергии в среднем по планете даже при инерционном сценарии развития возрастет в 1,36, а к 2050 г. – в 1,53 раза. При этом все хотят дышать чистым воздухом, и на повестке дня остро стоит вопрос «чистых» способов производства энергии. В этой связи прежде всего упоминают гидроэнергетику, а также энергетику солнечную и ветровую. Между тем, атомная энергетика, о которой в таком контексте часто забывают, составляет вместе с тремя вышеупомянутыми так называемый «зеленый квадрат».   По оценкам Международного энергетического агентства (МЭА), ядерная энергия позволила избежать выбросов 63 миллиардов тонн углекислого газа с 1971 по 2018 год. Без нее выбросы от энергетического сектора были бы на 20% выше. Известно какую тревогу общественности вызвало увеличение выбросов на 1,7 % за год? Ускорение развития атомной энергетики – более чем реальная возможность их снизить, а производство энергии при этом увеличить. Но выбросами непосредственно станций дело не ограничивается. Тепловая энергетика требует огромных объемов топлива, которое надо добывать, где-то хранить, доставлять в места, где оно используется. Для этого приходится строить хранилища, транспорт и транспортные магистрали, и не какие-нибудь, а с высокой пропускной способностью. Все это требует больших денежных и энергетических затрат. Под это так же надо отводить большие территории, на которых при других обстоятельствах могло бы существовать лесное хозяйство или курортная зона. Добыча и перевозка ядерных материалов, конечно, нуждается в дополнительных мерах безопасности, но углеводороды также небезопасны. Аварии на газопроводах, пожары на нефтебазах, разлив нефти из танкера по морской поверхности – всё это приводит к очень тяжелым последствиям и непосредственно для людей, и для экосистемы в целом. Между тем, объемы ядерного топлива несопоставимо меньше и за ним легче обеспечить необходимый контроль.   Остается проблема радиоактивных отходов. Но и углеводородная энергетика отнюдь не безотходна, угольные ТЭЦ обрастают золо- и шлакоотвалами. Что до проблемы отходов атомных станций, то сейчас ее стремятся решать с помощью рециклинга. Современные технологии позволяют пускать в дело ядерное топливо повторно. В будущем опасных отходов будет становиться всё меньше и меньше. Тем не менее, в массовое сознание образ атомной энергетики как экологически чистой укладывается плохо. «Энергия ветра, воды и солнца» звучит идеально, «ядерные технологии» ассоциируется с тяжелой промышленностью, секретными лабораториями, радиацией и прочими совсем неидиллическими вещами. Это совершенно правильно, но думать, будто с остальными видами «зелёной» энергетики дело обстоит как-то иначе -крайне наивная точка зрения. Солнечная энергетика требует сложного и высокотехнологичного производства солнечных батарей, гидроэнергетика – затопления больших территорий, которое, если не принимать продуманных контрмер, может привести к гибели биоценозов и серьезному нарушению экологического равновесия. Идеально в любом случае не получается. Так что, списывать со счетов ядерный реактор как способ улучшить экологическую обстановку никак нельзя. Более того, атомная энергетика в этой четверке главная. По самым оптимистическим прогнозам, «солнце, воздух и вода» вместе взятые не дадут и половины необходимой энергии, и если отказаться от атома, нехватку придется восполнять, сжигая углеводороды.[16]

Не бывает полной и абсолютной безопасности. Любая техника может отказать, и инженеры и проектанты атомных станций знают это лучше, чем кто-либо. Атомная станция — это очень сложная и действительно потенциально опасная система. Цена ошибки там высока. Но люди имеют опыт создания таких систем безопасными. Просто рассчитываются риски отказов, рассматриваются самые невероятные сценарии аварий и закладываются в проект меры компенсации для них, делается большой запас прочности важных элементов, дублируются все важные системы защиты и т.д. Такой же подход применяется, например, в авиации или других опасных производствах. Т.е. какое-то оборудование может сломаться, но в итоге это не приведет к аварии или катастрофе, потому что у вас есть план и резерв на этот случай, и порой не один. В стоимости АЭС системы безопасности составляют значительную величину, чуть ли не половину.[8]

Если рассмотреть статистику по авариям на электростанциях нашей страны за 2020 год, хотя точнее сказать по отказам оборудования. На АЭС в этом году приходится лишь 2% отказов, хотя их доля в выработке электроэнергии в стране почти 20%. При этом ни один отказ не сопровождался угрозой радиационных аварий. Обычно это выход из строя какого-то электротехнического оборудования, не влияющего на ядерную безопасность, ну, например, отказ трансформатора, которые есть на любой электростанции. Но мы видим, что даже по таким отказам не влияющих на радиационную безопасность элементов АЭС оказываются куда надежнее. И, кстати, когда в новостях мы читаем об остановке какого-то энергоблока АЭС, это тоже говорит о приоритете безопасности – т.е. автоматика постоянно отслеживает работу всех систем, и если видит что что-то идет не так, срабатывает даже без участия человека, перестраховываясь до выяснения причин. Такие остановы происходят на АЭС во всем мире, на наших АЭС несколько раз в год, и их число с годами снижается. Часто это ложные срабатывания из-за отказа какого-то датчика.  Хотя в СМИ обычно каждый такой останов блока подается как авария или угроза крупной аварии на АЭС, чем он, конечно, не является.[13]

Так же как в авиации, каждый инцидент или авария становятся предметом детального изучения. Например, все «чернобыльские» реакторы РБМК (Реактор большой мощности канальный), которые и сейчас работают на Ленинградской, Смоленской и Курской АЭС, были серьезно модернизированы и повторение там такой аварии как в Чернобыле исключено. Фукусима тоже внесла свои коррективы. После нее все АЭС мира прошли стресс-тесты и проверки, на российских АЭС тоже были внесены изменения. Главная проблемы в Фукусиме была связана с перегревом реактора из-за обесточивания станции. В результате на российских АЭС добавили мобильные дизель-генераторы (плюсом к штатным стационарным), даже на нашей Белоярской АЭС. Хотя у нас ни цунами, ни наводнения быть не может. Но пару лет назад на ней проводилась тренировка по «фукусимскому сценарию» - как она себя поведет при обесточивании. Отлично повел себя, как и заложено проектом, новый реактор БН-800 самостоятельно охлаждается нужное время без внешних источников энергии, даже без этих дизель-генераторов. В этом плане наш быстрый реактор на Белоярской АЭС, в силу особенностей конструкции и естественной безопасности, даже надежнее других современных реакторов.[11]

Но статистика и научные исследования говорят о том, что даже с учетом жертв Чернобыля (порядка 4000 человек по данным ВОЗ) и Фукусимы (максимум 1 от заболеваний, связанных с облучением и несколько сот из-за стресса при эвакуации, и это на фоне 18 тыс. погибших от самого цунами), атомная энергетика является одним из самых безопасных способов получения электроэнергии.[10]

Любой вид сжигаемого топлива убивает не только за счет аварий, но и за счет болезней, вызванных выбросами мелких частиц и вредных веществ. В мире ежегодно преждевременно умирает более 4 млн человек из-за болезней, вызванных загрязнением воздуха. Один из главных его источников - выбросы от сжигания топлива. В одних только США выбросы ТЭЦ в год «убивают» около 50 тыс. человек, выбросы автомобилей – еще столько же. И это проблема куда важнее и ближе, чем необходимость снижения выбросов парниковых газов, которые вызывают изменение климата.

Так что да, атомную энергетику нельзя назвать абсолютно безопасной, но она вопреки частому заблуждению, гораздо безопаснее других видов энергетики, и даже по данным исследования уже спасла жизни почти 1,8 млн человек за счет сокращения выбросов, которые иначе были бы произведены станциями на угле, газе или мазуте.[12]

Заключение

Конечно, от атомной энергетики можно вообще отказаться. Тем самым будет полностью устранена опасность облучения людей и угроза ядерных аварий. Но тогда для удовлетворения потребностей в энергии придется наращивать строительство ТЭЦ (теплоэлектроцентраль) и ГЭС (гидроэлектростанция). А это неизбежно приведет к большому загрязнению атмосферы вредными веществами, к накоплению в атмосфере избыточного количества углекислого газа, изменению климата Земли и нарушению теплового баланса в масштабах всей планеты. Между тем призрак энергетического голода начинает реально угрожать человечеству.
Радиация - грозная и опасная сила, но при должном отношении с ней вполне можно работать. Характерно, что меньше всего боятся радиации те, кто постоянно имеет с ней дело и хорошо знает все связанные с ней опасности. В этом смысле интересно сравнить статистику и интуитивную оценку степени опасности различных факторов повседневной жизни. Так, установлено, что наибольшее число человеческих жизней уносят курение, алкоголь и автомобили.

Специалисты, которые могут наиболее квалифицированно оценить достоинства и возможности использования атомной энергетики, считают, что человечеству уже не обойтись без энергии атома. Атомная энергетика - один из наиболее перспективных путей утоления энергетического голода человечества в условиях энергетических проблем, связанных с использованием ископаемого горючего топлива.

Но в современном обществе отношение к атомной энергетике неоднозначное. Такой вывод я сделал, познакомившись с литературой по данной теме.

Поэтому моя исследовательская работа необходима для представления общей картины развития атомной энергетики, о влиянии ее на нашу жизнь и экологию. Да, пусть некоторые говорят против АЭС, но они не могут отрицать, что АЭС нам необходимы![14]

Список литературы.

1. https://fb.ru/article/198185/primenenie-yadernoy-energii-problemyi-i-perspektivyi   
2. https://zen.yandex.ru/media/id/5d63f458dfa9ce00ad0b3319/pliusy-i-minusy-ispolzovaniia-atomnoi-energetiki-5d68713741878200ae0d7f96   
3. https://zen.yandex.ru/media/kapital-rus.ru/atomnaia-energetika-nujna-li-ona-chelovechestvu-i-esli-da-to-kakovo-ee-buduscee-5c47ba71a70d1c00aecda4d0
4. https://ru.wikipedia.org/wiki/Ядерная_энергетика_по_странам
5. https://infourok.ru/issledovatelskaya_rabota_mirnyy_atom-431645.htm
6. https://nsportal.ru/ap/library/nauchno-tekhnicheskoe-tvorchestvo/2013/01/03/issledovatelskaya-rabota-energiya-budushchego-eto
7. https://yandex.ru/search/?lr=2&clid=9403&oprnd=8039933386&text=доля%20электроэнергии%20вырабатываемой%20аэс%20в%20мире
8. https://zen.yandex.ru/media/kapital-rus.ru/atomnaia-energetika-nujna-li-ona-chelovechestvu-i-esli-da-to-kakovo-ee-buduscee-5c47ba71a70d1c00aecda4d0
9. https://infopedia.su/9xaef9.html
10. https://zen.yandex.ru/media/kapital-rus.ru/atomnaia-energetika-nujna-li-ona-chelovechestvu-i-esli-da-to-kakovo-ee-buduscee-5c47ba71a70d1c00aecda4d0
11. https://naukatehnika.com/atomnaya-energetika.html
12. https://www.vseznaniya.ru/other/329-safety
13. https://habr.com/ru/post/539120/
14. https://beelead.com/perspektivy-razvitiya-yadernoj-energetiki/
15. https://ru.wikipedia.org/wiki/Атомная_электростанция
16. https://ru.wikipedia.org/wiki/Ядерная_энергетика                                       

Отзыв руководителя

В данной работе Федоров Максим рассматривает историю и перспективы развития атомной энергетики.

Целью данной работы было изучить будущее атомной энергетики и возможность её замены альтернативными источниками. Актуальность работы обусловлена тенденцией к увеличению потребления электроэнергии в различных областях деятельности человека. Вопрос безопасности особенно актуален для Санкт-Петербурга, т.к. от недалеко города располагается атомная станция.

В ходе работы был проведен мониторинг интернет-ресурсов по данной теме. Рассмотрены различные точки зрения на настоящее и будущее атомной энергетики. Также проведен опрос учеников класса, с целью выяснить осведомленность учеников начальной школы по этой теме.

По итогам работы сделаны выводы, что в мире не существует единого мнения по вопросам необходимости использования и безопасности атомной энергетики. Ещё один значимый вывод, не во всех регионах планеты есть возможность использования альтернативных источников энергии. Также остается неоспоримым тот факт, что с помощью атомной энергетики удалось снизить негативное влияние на экологию.

Данная работа полезна для общего начального ознакомления учеников начальной школы с историей и настоящим атомной энергетики.

На начальном этапе работы Максиму было кратко объяснено понятие атомной энергии. В дальнейшем он самостоятельно произвел изучение информации по данной теме на различных сайтах.

Классный руководитель, учитель начальных классов-_______ Смирнова Т.Ю.