19916

Авария на Чернобыльской АЭС и ее последствия для Республики Беларусь

Лекция

Физика

Тема 8. Авария на Чернобыльской АЭС и ее последствия для Республики Беларусь Вопросы: 1.Принцип работы ядерного реактора 2.Авария на ЧАЭС и ее причины. 3.Последствия аварии на ЧАЭС для Республики Беларусь 8.1. Принцип работы ядерного реа

Русский

2013-07-18

84.5 KB

73 чел.

PAGE  6

Тема 8. Авария на Чернобыльской АЭС и ее последствия для Республики Беларусь

Вопросы:

1.Принцип работы ядерного реактора

2.Авария на ЧАЭС и ее причины.

3.Последствия аварии на ЧАЭС для Республики Беларусь

8.1. Принцип работы ядерного реактора

Ядерный реактор — это устройство, в котором осуществляется управляемая ядерная цепная реакция деления, сопровождающаяся выделением тепла, которое используется для производства электроэнергии. Практическое использование ядерной энергии возможно благодаря открытию реакции деления ядер тяжелых элементов (урана или плутония)- при облучении их нейтронами, а также изобретению промышленных устройств для осуществления контролируемой цепной ядерной реакции. Природный уран состоит из двух изотопов – 238U (99,3 %) и 235U (0,7 %). 238U делится только на быстрых нейтронах (нейтронах с большой энергией, возникающих в результате деления), однако реакция идет неэффективно. В большинстве действующих реакторов используется урановое топливо, обогащенное изотопом 235U, который делится на нейтронах очень малой энергии (тепловые нейтроны) (рис. 8.1).

рис.8.1.Цепная реакция деления урана

Чтобы началась реакция, нейтроны, освобождающиеся вместе с осколками ядер, необходимо предварительно замедлить, т.е. уменьшить их энергию. Поэтому на пути нейтронов размещают замедлитель, который поглощает излишек энергии. Важнейшим условием цепной реакции является размножение нейтронов. Регулируя их число с помощью поглощающих нейтроны веществ - бора, кадмия, индия - можно поддерживать реакцию на выбранном уровне мощности, замедлить или ускорить цепной процесс. Для этого из элементов-поглотителей изготавливаются  поглощающие стержни. Чем глубже стержни введены, тем медленнее идет реакция, а при полном их погружении реакция прекращается.

Чтобы описать эффект самоподдержания цепной реакции деления вводится понятие: коэффициент размножения нейтронов (к) К – показывает во сколько раз количество нейтронов в одном поколении (это значит на некотором этапе реакции деления ядер) отличается от количества нейтронов в предыдущем поколении. Под сменой поколений понимают деление ядер при котором поглощаются нейтроны старого поколения и нарождаются новые.

к1 число нейтронов увеличивается или остается постоянным - происходит цепная реакция.

к1 – стержни полностью введены в активную зону – реактор останавливается.

Для постоянного течения цепной ядерной реакции должно точно соблюдаться условие к=1 (уже при к=1,01 – выброс).

Основную часть ядерного реактора на тепловых нейтронах составляет активная зона (рис. 8.2), в которой происходит управляемая цепная реакция деления ядер. В активной зоне находится ядерное топливо, которое размещено в тепловыводящую переборку (1) и замедлитель (2). Некоторая  часть нейтронов, возникающих в процессе цепной реакции, может вылетать за пределы активной  зоны в окружающее пространство. Поэтому для снижения потерь нейтронов активную зону окружают слоем отражателя (3). За отражателем располагают биологическую защиту (4), которая предохраняет персонал и окружающее пространство от ионизирующего излучения реактора. Управление цепной реакцией осуществляется с помощью регулирующих стержней (5), которые поглощают нейтроны. Глубина опусканиястержней в реакторе изменяется по командам с пульта управления, что обеспечивает замедление или ускорение хода реакции.

Рис.8.2. Схема ядерного реактора

Во время работы энергетического ядерного реактора в активной зоне выделяется значительное количество теплоты, которое непрерывно отводится потоком теплоносителя (6) через каналы охлаждения (7), расположенные внутри активной зоны. Вода, превращенная в пар в активной зоне, передает свою энергию турбинам, которые вырабатывают электроэнергию. Если вода служит замедлителем и теплоносителем одновременно, то такие реакторы называют водо-водяными (ВВР). Существуют также реакторы, в которых замедлителем является графит, а теплоносителем - вода (например, РБМК - реактор большой мощности, канальный).

8.1.1. Критерии оценки аварий на АЭС

Ежегодно в мире происходят десятки аварий, связанных с утерей радиоактивных веществ, беспечностью, незнанием опасности ионизирующих излучений и правил защиты.

Так, в 1987 г. в Гоянии (Бразилия) частная радиотерапевтическая клиника, переехав на новое место, оставила в старом помещении без присмотра стационарную цезиевую пушку. Двое посторонних, не зная, что собой представляет установка, извлекли капсулу с цезием, активностью 5,1*1013Бк. Их внимание привлекло голубое свечение источника в темноте. Посмотреть на него приходили друзья и знакомые, а некоторые брали часть порошка "на память". В результате четверо жителей получили дозы от 4,6 до 6 Зв и скончались. Еще 249 имели внутренние и внешние загрязнения сильной степени и получили лучевые поражения разной тяжести, а врачам в общей сложности пришлось обследовать 112000 человек.

Авария 4 июля 1961 г. на первой советской атомной подлодке К-19 с баллистическими ракетами на борту привела к разгерметизации первого контура реактора и облучению экипажа. Десять подводников от лучевой болезни скончались.

Первый случай гибели атомной подлодки зарегистрирован в апреле 1970г. Вследствие пожара лодка К-8 Северного флота затонула у Бермудских островов. В октябре 1986 г. в 500 км от Бермудских островов затонула атомная подлодка К-219 вместе с баллистическими ракетами. 7 апреля 1989 г. в Норвежском море погибла еще одна советская атомная лодка "Комсомолец". Известны также два случая гибели атомных подлодок ВМФ США.

В докладе МАГАТЭ 27 сентября 1957 г. отмечалось, что из-за неполадок в системе охлаждения бетонных емкостей, содержащих высокоактивные отходы, химический взрыв (Завод «Маяк») выбросил в атмосферу около 1017 Бк радиоактивных продуктов деления (главным образом 90Sr), которые рассеялись и осели в Челябинской, Свердловской и Тюменской областях. Сильно загрязнено свыше 16 тыс. км2 территории, где проживало 300000 человек. Десять тысяч наиболее пострадавших жителей этих областей за несколько лет были эвакуированы.

В октябре 1957 г. на другом военном заводе в Великобритании (Уиндскейл, ныне Селлафильд) из-за частичного расплавления активной зоны реактора в окружающую среду было выброшено 7,5*1014 Бк 131I и 2,2*1013 Бк l37Cs. С территории около 500 км2 власти эвакуировали население. В настоящее время в Селлафильде на месте закрытого военного завода действует всемирно известный экскурсионный центр.

В 1979 г. произошла авария на АЭС в Три-Майл-Айленде (Пенсильвания, США), где частично расплавилась активная зона. Произошла утечка ксенона в атмосферу. Эта авария заставила пересмотреть принципы надежности и безопасности атомных реакторов. Из-за мощного "зеленого" движения в США электроэнергетическим компаниям пришлось пойти на значительные затраты.

Учитывая участившиеся инциденты на атомных объектах (один из последних - сентябрь 1999 г., Япония, утечка радиоактивных веществ, 2 человека погибли, более 10 получили облучение выше допустимых уровней), МАГАТЭ предложила оценивать тяжесть радиационных аварий по семибалльной шкале. Чернобыльская авария по этой шкале соответствует 7 баллам.

8.2. Причины аварии на Чернобыльской АЭС

Авария на ЧАЭС в 1986 г. по своим масштабам беспрецедентна, а по радиоэкологическим последствиям сравнима лишь с южно-уральской катастрофой 1957 г.

Четвертый блок ЧАЭС был введен в эксплуатацию в декабре 1983 г. В пятницу 25 апреля 1986 года планировалась остановка блока для регламентных работ. В процессе остановки намечалось провести электротехнический эксперимент, суть которого заключалась в том, что один из турбогенераторов ядерной энергетической установки после прекращения подачи пара на турбину должен был, вращаясь по инерции, производить электроэнергию, предназначенную для обеспечения работы электромеханизмов при обесточивании реактора. При этом для исключения возможности срабатывания защиты предусматривалось отключение системы аварийного охлаждения реактора. По мнению экспертов, отключение этой системы было совершенно необязательно, а выполнение этого означало снижение безопасности реактора на все время проведения эксперимента.

26 апреля в 1 час ночи началось снижение мощности реактора, работавшего до этого при номинальных параметрах. К 13 часам его мощность была снижена, однако по просьбе диспетчера "Киевэнерго" к запланированному опыту приступили только в 23 часа. Несмотря на падение мощности реактора значительно ниже запланированного уровня (200 МВт при запланированных 700 - 1000 МВт), принимается решение начать эксперимент.

Приблизительно в 1 час 22 мин оператор уменьшает подачу воды в активную зону, что приводит к увеличению количества пара и кажущейся стабилизации работы реактора. В 1 час 23 мин 04 секунды принято решение отключить подачу пара на турбогенератор. Поток воды вследствие снижения энергопитания насосов уменьшается, охлаждение зоны делается слабее, температура воды растет.

1 час 23 мин 30 секунд. Кипение усиливается. Мощность повышается. Автоматические стержни начали опускаться, но стабилизировать реакцию не успели (скорость опускания стержней 40 см/с, а высота реактора 7 м).

1 час 23 мин 40 секунд. Начальник смены дал команду нажать сигнал "максимальной аварийной защиты", по которому в зону немедленно вводятся все стержни-поглотители нейтронов. Управляющие стержни заклинило на высоте 2-3 метра.

1 час 23 мин 44 секунд. Мощность цепной реакции значительно превысила номинальную. За доли секунды разрушились тепловыделяющие элементы. Произошел первый взрыв. Управление реактором становится невозможным. Давление пара разрушило часть каналов. Вода начала поступать не только к теплоэлементам, но и к графиту. Началась бурная химическая реакция. Из-за бурного выделения газов давление возросло и накрывающая активную зону 1000-тонная плита приподнялась.

1 час 23 мин 46 секунд. Образование смеси водорода и окиси углерода с кислородом спровоцировало второй взрыв. Разрушилось перекрытие реакторного зала, около четверти всего графита и часть топлива выброшены наружу. Взрывы вызвали около 30 пожаров, наиболее опасные — над машинным залом и на крыше третьего блока. Пожарные команды прибыли из Припяти и Чернобыля через 90 мин и к 5 часам пожар был потушен. По официальным данным в результате ликвидации аварии погибли 30 человек.

Таким образом, по заключению комиссии, причинами аварии на Чернобыльской АЭС стали конструктивные недостатки реактора, дополненные крайне маловероятным сочетанием нарушений порядка и режима эксплуатации, допущенных персоналом энергоблока. Разработчики реакторной установки не предусмотрели создание защитных систем безопасности, способных предотвратить аварию, в том числе, бетонных колпаков, которые могли бы предотвратить катастрофический выброс радиоактивных веществ в окружающую среду даже при взрыве в активной зоне реактора.

8.3. Последствия аварии на ЧАЭС

8.3.1.Прямые последствия

Для локализации очага аварии, предотвращения концентрирования расплавленного топлива, поглощения тепла и снижения количества выбрасываемых радиоактивных частиц в первые же дни после аварии с вертолётов сбрасывали доломит, песок, глину, соединения бора, свинец. В результате принятых мер мощность выброса снизилась. Однако после 2 мая выброс увеличился. Это было обусловлено разогревом ядерного топлива в условиях отсутствия отвода тепла. Резкое уменьшение выбросов через десять дней после аварии объясняется быстрым охлаждением топлива по мере того, как остатки топлива прошли через нижний уровень защиты и вступили во взаимодействие с другими веществами в реакторе. После 6 мая выбросы практически прекратились.

Газообразные элементы криптон и ксенон практически полностью оказались выброшены в атмосферу. Всего было выброшено около 60 % йода из реактора в атмосферу. Основной вклад в радиоактивное загрязнение территории Республики Беларусь в первые дни после аварии внесли йод-131, 132, 133; теллур-132 и другие короткоживушие радионуклиды. Наиболее сильному загрязнению подверглись Гомельская, Могилёвская, Минская, Брестская и Гродненская области. В Минске фоновое значение повысилось в 9000 раз, в Бресте - в 6000 раз, в Гомеле - в 130 000 раз.

Больше всего в радиоактивное заражение территории Республики Беларусь внесли цезий-137, 134, стронций-90, плутоний-239. Всего на территории республики выпало более 27 радионуклидов, основные из которых приведены в приложении 5.. Поверхностная активность по цезию-137 в отдельных местах составила от 1 до 200 Ки/км2.

Процентное соотношение основных выпавших радионуклидов следующее:

- цезий-137. Загрязнено территории республики 23 %;

- стронций-90. Загрязнено территории республики 10 %;

- плутоний-239. Загрязнено территории республики 2 %.

.

По оценке специалистов, общие экономические потери Республики Беларусь от Чернобыльской катастрофы составляют до 240 млрд. долларов США. При этом потери постоянно растут в отраслях хозяйственной деятельности и социальной сфере. Больше всего пострадали агропромышленный комплекс, лесное и жилищно-коммунальное хозяйства, минерально-сырьевая база и водные ресурсы. Значительные затраты связаны с реализацией законов о социальной защите граждан, пострадавших от катастрофы на ЧАЭС. Из сельскохозяйственного оборота выведено 2,64 тыс. км2 сельскохозяйственных угодий.

Ликвидировано 54 колхоза и совхоза, 9 предприятий агропромышленного комплекса, прекратили хозяйственную деятельность ещё около 300 других хозяйственных комплексов, закрыто свыше 600 школ и детских садов, свыше 500 предприятий торговли и общественного питания, около 100 больниц.

8.3.2.Влияние Чернобыльской аварии на здоровье населения

Статистика утверждает, что после аварии на ЧАЭС состояние здоровья населения Республики Беларусь продолжает ухудшаться, особенно населения заражённой местности. Онкологические заболевания в среднем по республике увеличились в 7 раз, заболевания раком щитовидной железы по данным на январь 2000 года - в 13 раз. В отдельных районах Гомельской области эти заболевания возросли в 40 раз. Рост числа генетических последствий по Республике Беларусь увеличился в среднем на 18 %, на загрязнённой территории - на 30 %. Число врождённых пороков развития у детей, проживающих на территориях с высоким уровнем радиации, в 5 раз. Преждевременные роды и выкидыши в Гомельской области возросли на 75%, а по республике в целом - на 60 %. Наблюдается рост числа заболеваний органов дыхания в 2 раза; желудочно-кишечного тракта в 2,6 раза; эндокринной системы в 4,5 раза; нервной системы в 3,5 раза; мочеполовой системы в 3,7 раза, а также значительный рост числа заболеваний костно-мышечной системы и туберкулёза. Замечено, что, наряду с радиацией, действуют и другие негативные факторы. При воздействии на население малых доз облучение в сочетании с курением, канцерогенными веществами, пестицидами число заболеваний, вызванных радиацией, значительно возрастает.

Многие показатели носят предвзятый характер (например рост заболеваемости по отдельным болезням), но твердо установленным считают:

1)Рост патологии щитовидной железы, как следствие радиоактивной интоксикации в первые недели после аварии рак щитовидной железы.

2)Радиационно-стохастические эффекты:

а)рак кроветворных органов;

б)генетические последствия;

в)острый лейкоз и лимфолейкоз у детей;

г) рождение детей с врожденными паталогиями.

3)Общий рост заболеваемости у детей:

а) верхних дыхательных путей;   б)заболевания ЖКТ;

в) остеоартрозы;

г) паталогии костной системы.

4)Увеличение заболеваний нервной системы (на этот пункт влияют и экологические факторы).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

12068. Платежный баланс страны (на примере Казахстана) 478.5 KB
  Платежный баланс страны на примере Казахстана Содержание Введение 1 Платежный баланс страны его роль и значение 1.1 Сущность и структура платежного баланса ...
12069. Анализ потребительского кредитования на примере ОАО «Русский Банк Развития» 417 KB
  Введение Актуальность темы дипломного исследования определяется тем что в условиях перехода к рыночной экономике в России существенно изменились состав и структура денежных доходов населения. В частности увеличился временной интервал необходимый для накопления оп
12070. Совершенствование системы управления человеческими ресурсами ОАО АИКБ «Татфондбанк» 379.5 KB
  Введение На рубеже XXI века в экономически развитых странах родилась характерная для новой эпохи постиндустриального развития новая стратегия управления предприятиями краеугольным камнем которой является решающая роль человека в их деятельности. Трудовые ресурсы а...
12071. Проектирование решения по оптимизации кадрового состава АКБ «АЛТАЙ - БАНК» 256 KB
  Введение Актуальность изучения разработки управленческих решений по оптимизации кадрового состава банка состоит в том что одна из основных и наиболее ответственных функций выполняемых руководителем в процессе управления принятие решений. Целью написания наст
12072. Удосконалення формування розподілу прибутку підприємства при зовнішньоекономічній діяльності (за матеріалами ТОВ «Банк Ренесанс Капітал») 481.5 KB
  ДИПЛОМНА РОБОТА на тему: Удосконалення формування розподілу прибутку підприємства при зовнішньоекономічній діяльності за матеріалами ТОВ Банк Ренесанс Капітал ВСТУП Проблематика трансформаційних процесів вимагає наукового розв’язання сучасних екон
12073. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОЙ ПРАКТИКИ КРЕДИТОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ЛИЦ В СБЕРЕГАТЕЛЬНОМ БАНКЕ РФ НА ПРИМЕРЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОФИСА № 203 АКБ СБ РФ ОАО ГОРОДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ № 2363 Г.НОВОКУЗНЕЦК 587 KB
  ВВЕДЕНИЕ В условиях перехода экономики России к рыночным отношениям развитие потребительского кредитования приобретает все большее значение. Коммерческий банк выдавая потребительский кредит способствует в первую очередь решению финансов...
12074. Расчёты потребности механообрабатывающего цеха в материальных, трудовых ресурсах 935.5 KB
  СОДЕРЖАНИЕ Введение 1 Краткое описание объектов производства и их технологических процессов 2 Планирование производства продукции 3 Расчет потребности в оборудовании и его загрузки ...
12075. Учет и аудит расчетов по оплате труда в бюджетных организациях 622.5 KB
  ДИПЛОМНАЯ РАБОТА На тему Учет и аудит расчетов по оплате труда в бюджетных организациях Аннотация Дипломная работа состоит из введения 3х глав заключения списка используемой литературы. Во введении обосновывается актуальность темы определяются цели и ...
12076. Причины реформирования бюджетной системы и последние поправки к БК РФ 167.5 KB
  Введение. В формировании и развитии экономической структуры современного общества ведущую определяющую роль играет государственное регулирование осуществляемое в рамках избранной властью экономической политики. Одним из наиболее важных ме...