Экологические проблемы атомной энергетики

До середины 80-х годов  человечество в ядерной энергетике видело один из выходов из энергетического  тупика. Только за 20 лет (с середины 60-х до середины 80-х годов) мировая  доля энергетики, получаемой на АЭС, возросла практически с нулевых значений до 15-17%, а в ряде стран она стала  превалирующей. Суммарная мощность действовавших тогда АЭС в мире достигла 117 МВт.Ни один другой вид энергетики не имел таких темпов роста. До недавнего времени основные экологические проблемы АЭС связывались с захоронением отработанного топлива, а также с ликвидацией самих АЭС после окончания допустимых сроков эксплуатации. Имеются данные, что стоимость таких ликвидационных работ составляет от 1/6 до 1/3 от стоимости самих АЭС.

При нормальной работе АЭС  выбросы радиоактивных элементов  в среду крайне незначительны. В  среднем они в 2-4 раза меньше, чем  от ТЭС одинаковой мощности.

К маю 1986г. 400 энергоблоков, работавших в мире и дававших более 17% электроэнергии, увеличили природный фон радиоактивности  не более чем на 0,02%. До Чернобыльской  катастрофы не только в мире, но и  в России никакая отрасль производства не имела меньшего уровня производственного  травматизма, чем АЭС. За 30 лет до трагедии при авариях, и то по нерадиационным причинам, погибло 17 человек. Всего с момента начала эксплуатации атомных станций в 14 странах мира произошло более 150 инцидентов и аварий различной степени сложности. Наиболее характерные из них: в 1957 г. - в Уиндскейле (Англия), в 1959 г. - в Санта-Сюзанне (США), в 1961 г. - в Айдахо-Фолсе (США), в 1979 г. - на АЭС Три-Майл-Айленд (США), в 1986 г. - на Чернобыльской АЭС (СССР).

Иллюзия о безопасности ядерной  энергетики была разрушена после  нескольких больших аварий в Великобритании, США и СССР, апофеозом которых  стала катастрофа на Чернобыльской АЭС.После 1986 г. главную экологическую опасность АЭС стали связывать с возможностью аварий. Хотя вероятность их на современных АЭС и невелика, но и она не исключается. К наиболее крупным авариям такого плана относится случившаяся на четвертом блоке Чернобыльской АЭС.

По различным данным, суммарный  выброс продуктов деления от содержащихся в реакторе составил от 3,5% (63 кг) до 28% (50 т). Для сравнения отметим, что  бомба, сброшенная на Хиросиму, дала только 740 г радиоактивного вещества.

В результате аварии на Чернобыльской  АЭС радиоактивному загрязнению  подверглась территория в радиусе  более 2 тыс. км, охватившая более 20 государств. В пределах бывшего СССР пострадало 11 областей, где проживает 17 млн. человек. Общая площадь загрязненных территорий превышает 8 млн. га, или 80000 км2. В результате аварии погиб 31 человек и более 200 человек получили дозу радиации, приведшую  к лучевой болезни. Из 2044 км² зоны отчуждения большая часть – 1856км2 – загрязнена радиоактивным цезием, стронцием, плутонием. Полный распад плутония наступит через 23000 лет. Территория вокруг ЧАЭС загрязнена и трансурановыми элементами, период полураспада которых около 300 лет.

Последствия аварии будут  сказываться на жизни еще нескольких поколений. Подробнее последствия аварии на Чернобыльской АЭС будут рассмотрены ниже в отдельной главе.

После аварии на Чернобыльской  АЭС отдельные страны приняли  решение о полном запрете на строительство  АЭС. В их числе Швеция, Италия, Бразилия, Мексика. Швеция, кроме того, объявила о намерении демонтировать все действующие реакторы (их 12), хотя они и давали около 45% всей электроэнергии страны. Резко замедлились темпы развития данного вида энергетики в других странах. Приняты меры по усилению защиты от аварий существующих, строящихся и планируемых к строительству АЭС. Вместе с тем человечество осознает, что без атомной энергетики на современном этапе развития не обойтись. Строительство и ввод в строй новых АЭС постепенно увеличивается.

В настоящее время в  мире действует более 500 атомных  реакторов. Около 100 реакторов находится  в стадии строительства. Лидируют в области использования атомной энергетики США, где в эксплуатации находится 109 энергоблоков общей электрической мощностью 105, 4 ГВт. Во Франции работает 56 энергоблоков мощностью 61 ГВт. Далее следует Япония, где работает 52 энергоблока общей мощностью 44 ГВт, и Германия с 20 энергоблоками мощностью 23, 5 ГВт. В России в эксплуатации находится 29 энергоблоков установленной мощностью 21, 2 ГВт. В десятку стран, имеющих развитую атомную энергетику, кроме указанных на диаграмме, входят также Канада, Украина, Великобритания, Швеция, Республика Корея.

 В процессе ядерных  реакций выгорает лишь 0,5-1,5% ядерного  топлива. Ядерный реактор мощностью  1000 МВт за год работы выделяет  около 60 т радиоактивных отходов. На территории АЭС России хранится около 300 тыс. м3 отходов общей активностью порядка 45 тыс. кюри(это отходы от 9АЭС с 29 энергоблоками). К 2020 г. в мире накопится, по оценке

экспертов, около600 тыс. тонн. Около 250 радиоактивных изотопов ежегодно попадают в окружающую среду в результате работы ядерных реакторов. Эти радиоактивные частицы вместе с водой, пылью, пищей и воздухом попадают в организмы людей, животных, вызывая раковые заболевания, дефекты при рождении, снижение уровня иммунной системы и увеличивают общую заболеваемость населения, проживающего вокруг ядерных установок. Департамент общественного здравоохранения штата Массачусетс с 1990 года установил, что у людей, живущих и работающих в двадцатимильной зоне АЭС «Пилигрим», около города Плимут, в 4 раза выше заболеваемость лейкемией, чем ожидалось. Статистически заметное увеличение случаев заболеваний лейкемией и раком обнаружено в окрестностях АЭС «Троян» в городе Портленд, штат Орегон. Заболеваемость лейкемией детей в поселке около британского ядерного центра в Селлафилде в 10 раз выше, чем в среднем по стране, и, несомненно, связана с его работой. Это стало известно в 1990 году, а недавно официально подтверждено Британским комитетом по радиологии.

Даже когда АЭС работает нормально, она обязательно выбрасывает  изрядное количество радиоактивных  изотопов инертных газов. Также как радиоактивный йод концентрируется в щитовидной железе, вызывая ее поражение, радиоизотопы инертных газов, в 70-е годы считавшиеся абсолютно безвредными для всего живого, накапливаются в некоторых клеточных структурах растений хлоропластах, митохондриях и клеточных мембранах. После установления этого факта, остается слово «инертные» всегда употреблять в кавычках, поскольку, конечно же, они оказывают серьезное влияние на процессы жизнедеятельности растений.

Радиоизотопы  «инертных» газов вызывают и такой феномен как столбы ионизированного воздуха (свечки) над АЭС. Эти образования могут наблюдаться с помощью обыкновенных радиолокаторов на расстоянии в сотни километров от любой АЭС. Кто сможет утверждать, что все это никак не сказывается на состоянии и качестве окружающей среды, на миграционных путях птиц и летучих мышей, на поведении насекомых?

Одним из основных выбрасываемых  инертных газов является криптон-85 бета-излучатель. Уже сейчас ясна его роль в изменении электропроводности атмосферы. Количество криптона-85 в атмосфере (в основном за счет работы АЭС) увеличивается на 5 % в год. Уже сейчас количество криптона-85 в атмосфере в миллионы раз (!) выше, чем до начала атомной эры. Этот газ в атмосфере ведет себя как тепличный газ, внося тем самым вклад в антропогенное изменение климата Земли.

Нельзя не упомянуть и  проблему другого бета-излучателя, образующегося при всякой нормальной работе АЭС, трития, или радиоактивного водорода. Доказано, что он легко связывается с протоплазмой живых клеток и тысячекратно накапливается в пищевых цепочках. Кроме того, надо добавить загрязнение тритием грунтовых вод практически вокруг всех АЭС. Ничего хорошего от замещения части молекул воды в живых организмах тритием ждать не приходиться. Когда тритий распадается (период полураспада 12,3 года), он превращается в гелий и испускает сильное бета-излучение. Эта трансмутация особенно опасна для живых организмов, так как может поражать генетический аппарат клеток.

Еще один радиоактивный газ, не улавливаемый никакими фильтрами  и в больших количествах производимый всякой АЭС, углерод-14. Есть основания предполагать, что накопление углерода-14 в атмосфере ведет к резкому замедлению роста деревьев. Такое необъяснимое замедление роста деревьев, по заключению ряда лесоводов, наблюдается, чуть ли не повсеместно на Земле. Сейчас в составе атмосферы количество углерода-14 увеличено на 25% по сравнению с до атомной эрой.

Но главная опасность  от работающих АЭС - загрязнение биосферы плутонием. На Земле было не более 50 кг этого сверхтоксичного элемента до начала его производства человеком в 1941 году. Сейчас глобальное загрязнение плутонием принимает катастрофические размеры: атомные реакторы мира произвели уже много сотен тонн плутония количество более чем достаточное для смертельного отравления всех живущих на планете людей. Плутоний крайне летуч: стоит пронести образец через комнату, как допустимое содержание плутония в воздухе будет превышено. У него низкая температура плавления всего 640 градусов по Цельсию. Он способен к самовозгоранию при наличии кислорода.

Обычно, когда говорят  о радиационном загрязнении, имеют  в виду гамма-излучение, легко улавливаемое счетчиками Гейгера и дозиметрами на их основе.

В то же время есть немало бета-излучателей (углерод-14, криптон-85, стронций-90, йод-129 и 130). Существующими массовыми приборами они измеряются недостаточно надежно. Еще труднее быстро и достоверно определять содержание плутония, поэтому если дозиметр не щелкает, это еще не означает радиационной безопасности, это говорит лишь о том, что нет опасного уровня гамма-радиации.

Наконец, важнейшей причиной экологической опасности ядерной  энергетики и ядерной промышленности в целом является проблема радиоактивных отходов, которая так и остается нерешенной. На 424 гражданских ядерных энергетических реакторах, работающих во всем мире, ежегодно образуется большое количество низко-, средне- и высокорадиоактивных отходов. Часть их подвергается переработке, а основная масса требует захоронения.

Что же такое отработавшее ядерное топливо? С одной стороны, оно более чем на 90 % состоит  из материалов, пригодных для дальнейшего  использования в промышленности, и, следовательно, является ценным сырьем для получения регенерируемых компонентов  ядерного топлива и важнейших  изотопов. С другой - оно содержит, пусть и в небольших количествах, потенциально опасные, радиоактивные  вещества, появившиеся в результате облучения в реакторе АЭС и  не имеющие при существующем уровне технологии достаточного применения (РАО). Именно по причине такой двойственности продукта и соответствующей противоречивости подходов к нему (сырье-отход), не прекращаются бурные дискуссии между специалистами - атомщиками, экологами, экономистами, о правильности выбора того или иного  способа обращения с отработавшим ядерным топливом. Следует подчеркнуть, что проблема утилизации ОЯТ стоит  перед всеми странами, эксплуатирующими ядерные энергетические объекты.

Накопление ОЯТ происходит во множестве географических регионов, нецентрализованно, по различным стандартам, что представляет собой потенциальную  угрозу глобальной безопасности и вряд ли отвечает задачам ядерного нераспространения. Поскольку из ОЯТ может быть выделен  энергетический плутоний, пригодный  для создания ядерного взрывного  устройства, а также ОЯТ может  быть использовано для создания той  самой радиологической "грязной" бомбы, по терминологии Генерального директора  МАГАТЭ г-на Эль Барадея, образующейся из совмещения обычной взрывчатки и  радиоактивного источника, то возникает  и политический аспект этой проблемы.

Различие в отношении  к ОЯТ как товару приводит к  вариативности подходов. Вариант  переработки ОЯТ на радиохимических  заводах представляет замкнутый  топливный цикл. В результате переработки 1 тонны ОЯТ (в пересчете на уран) образуется следующее количество радиоактивных отходов (РАО):