Экология после фокусимы

Атомная энергетика таит опасность в результате случайных обстоятельств радиоактивного заражения природной среды, которое может произойти не только в результате применения атомного оружия, но также из-за аварий на АЭС. Поскольку нет технических систем со 100 процентной надежностью, то трудно предугадать, где произойдут новые аварии, но в том, что они будут, сомневаться не приходится. Проблема захоронения радиоактивных отходов также до сих пор не решена.
То, что современный экологический кризис является обратной стороной НТР, подтверждает тот факт, что именно те достижения научно-технического прогресса, которые послужили отправной точкой объявления о наступлении НТР, привели к самым мощным экологическим катастрофам на нашей планете. В 1945 г. была создана атомная бомба, свидетельствуя о новых невиданных возможностях человека. В 1954 г. была построена первая в мире атомная электростанция в Обнинске, и на "мирный атом" возлагалось много надежд. А в 1986 г. произошла самая крупная в истории Земли техногенная катастрофа на Чернобыльской АЭС как следствие попытки "приручить" атом и заставить его работать на себя.
В результате этой аварии выделилось больше радиоактивных материалов, чем при бомбардировке Хиросимы и Нагасаки. "Мирный атом" оказался более страшным, чем военный. Человечество столкнулось с такими техногенными катастрофами, которые вполне могут претендовать на статус суперрегиональных, если не глобальных.
Особенность радиоактивного поражения в том, что оно способно убить безболезненно. Боль, как известно, является эволюционно развитым защитным механизмом, но "коварство" атома состоит в том, что в данном случае этот предупредительный механизм не включается. Например, воды, сбрасываемые атомной электростанцией в Хэнфорде (США), считались вначале совершенно безопасными. Однако позже выяснилось, что в соседних водоемах в 2000 раз повысилась радиоактивность планктона, радиоактивность уток, питавшихся планктоном, возросла в 40 000 раз, рыбы же стали в 150 000 раз радиоактивнее вод, сбрасываемых станцией. Ласточки, ловившие насекомых, личинки которых развивались в воде, обнаруживали радиоактивность в 500 000 раз более высокую, чем у вод самой станции. В желтке яиц водоплавающих птиц радиоактивность повысилась в миллион раз.
Чернобыльская авария затронула более 7 млн. человек и коснется еще многих, в том числе и неродившихся, поскольку радиационное заражение влияет не только на здоровье живущих ныне, но и тех, кому предстоит родиться. Средства же на ликвидацию последствий катастрофы могут превысить экономическую прибыль от работы всех АЭС на территории бывшего СССР.
Чернобыль разрешил споры о том, можем ли мы говорить об экологическом кризисе на нашей планете или всего-навсего об экологических трудностях, переживаемых человечеством, и насколько уместны слова об экологических катастрофах. Чернобыль был экологической катастрофой, захватившей несколько стран, последствия которой трудно полностью предугадать.
О принципиальной возможности создания оружия, использующего энергию ядерного взрыва, физики говорили еще перед началом второй мировой войны. Многие характеристики такого взрыва к тому времени уже были вычислены. После бомбардировки японских городов Хиросимы и Нагасаки ядерная война стала страшной реальностью. Общественное сознание больше всего поразило даже не количество жертв, исчисляемое сотнями тысяч, и полное разрушение за несколько мгновений двух больших городов, а те последствия, которые несла проникающая радиация. Ни один человек, перенесший ядерную бомбардировку, не мог быть уверенным в своем будущем: даже через много лет на нем или его потомках могли сказаться последствия облучения.
Так, повышение содержания радиоактивного стронция (90Sr, 89Sr) и цезия (137Cs) в молоке отмечено в Нью-Йорке в связи с испытанием атомных бомб. Наблюдения зафиксировали снижение содержание радиоактивных изотопов в молоке после заключения соглашения между США и СССР о запрещении наземных испытаний ядерного оружия (последние ядерные взрывы были в 1962г.), а затем снова повышение в связи с ядерными испытаниями в КНР и во Франции - странах, отвергнувших ядерный мораторий.
В конце 1989 года в СССР было опубликовано сообщение комиссии, которая занималась "очевидными сегодня" последствиями проводившихся в свое время испытаний атомной бомбы на Чукотке (50-е - 60-е годы). Поскольку чукчи живут за счет оленей, которые питаются лишайниками, кумулирующими радиоактивность, плохое состояние их здоровья объясняют тогдашним радиоактивным загрязнением: почти 100% больны туберкулезом, 90% хроническими легочными заболеваниями, значительно повышена заболеваемость раком (например, смертность от рака пищевода самая высокая в мире, частота рака печени в 10 раз выше, чем в среднем по стране). Средняя продолжительность жизни составляет всего лишь 45 лет (так как смертность среди новорожденных составляет 7-10%).
Именно в радиации, в различных проявлениях лучевой болезни ученые и общественность увидели главную опасность нового оружия, но оценить ее по-настоящему человечество смогло значительно позже. Многие годы в атомной бомбе люди видели, хотя и очень опасное, но всего лишь оружие, способное обеспечить победу в войне. Поэтому ведущие государства, интенсивно совершенствуя ядерное оружие, готовились и к его использованию, и к защите от него. Только в последние десятилетия мировое сообщество начало осознавать, что ядерная война станет самоубийством всего человечества. Радиация не единственное и, может быть, не главное из последствий крупномасштабной ядерной войны.
Пожарами в случае ядерной войны будет охвачено все способное гореть. Подсчитано, что средний заряд бомбы мощностью в 1 Мт ТНТ выжигает 250 км2 леса. Значит, для того чтобы сжечь 1 млн. км2 леса, потребуется лишь около 13 % общего ядерного потенциала планеты, существовавшего к тому времени (1970г.). При этом в атмосферу будет выброшено в виде сажи более сотни миллионов тонн биомассы (и атомарного углерода).
Однако наибольшее количество сажи будет выброшено в атмосферу при пожарах в городах. Впервые такие расчеты были проведены английскими биохимиками еще в 60-е гг. Они рассчитали, что при достаточно высоком тепловом импульсе (более 20 кал/см2), возгорание всего, что может гореть, будет происходить в любых зданиях. Они доказали, в частности, что средний заряд мощностью 0,5 Мт ТНТ может полностью выжечь более 200 км2 ( что в 100-200 раз больше площади, непосредственно покрываемой шаром ядерного взрыва).
В начале 80-х гг. анализом различных сценариев возможной ядерной войны начали заниматься американские ученые. В базовом сценарии, взятом за основу группой ученых во главе с К. Саганом, предполагалось, что в ядерной войне произойдет обмен ядерными ударами мощностью зарядов около 5000 Мт ТНТ, т. е. менее 30 % совокупного ядерного потенциала СССР и США, что в сотни тысяч раз больше мощности взрывного устройства, использованного при бомбардировке Хиросимы. Кроме разрушения около 1000 крупнейших городов северного полушария от возникшего огромного пожара в атмосферу поднимется такое количество сажи, что атмосфера не пропустит свет и тепло. Наряду с горением леса большой объем оптически активных аэрозолей, способных предельно поглощать солнечный свет, выделяется при пожаре городов (когда горят заводы, наполненные пластическими материалами, запасами топлива и т.д.). В этом случае возникает также эффект крупномасштабной тяги, т.е. в городах полностью выгорает практически все, что может гореть, а продукты горения выбрасываются в верхнюю часть атмосферы и нижнюю часть стратосферы. Если крупные частицы под действием силы тяжести довольно быстро оседают, то вымывание мелких частиц аэрозоля (в т. ч. сажы) из атмосферы представляет сложный и малоизученный процесс. Мелкие частицы (особенно атомарного углерода), оказавшиеся в стратосфере, могут оставаться там достаточно долго. Они то и экранируют солнечный свет. Эффективность поступления солнечного света к земной поверхности зависит не только от количества аэрозолей в стратосфере, но и от времени их вымывания. Если процесс вымывания происходит в течении нескольких месяцев, то в течении месяца земная поверхность будет получать менее 3% обычного количества солнечного излучения, в результате на Земле установится "ядерная ночь" и, как следствие, "ядерная зима". Однако целостная картина всего процесса могла быть получена только на основе анализа крупномасштабной математической модели совместной динамики атмосферы и Мирового океана. Первые модели были построены в ВЦ АН СССР еще в 70 гг. , а расчеты с их использованием для основных сценариев ядерной войны проведены в июне 1983 г. под руководством академика Н. Н. Моисеева В. В. Александровым и Г. Л. Стенчиковым и др. Позднее аналогичные результаты получены в национальном центре климатических исследований США. Подобные расчеты многократно проводились в последующие годы научными учреждениями других стран. Величина падения температур не слишком зависит от мощности используемого ядерного оружия, но эта мощность очень сильно влияет на длительность "ядерной ночи". Результаты, полученные учеными разных стран, отличались в деталях, но качественный эффект "ядерной ночи" и "ядерной зимы" очень четко обозначился во всех расчетах. Таким образом, можно считать установленным следующее:
1. В результате крупномасштабной ядерной войны над всей планетой установится "ядерная ночь", и количество солнечного тепла, поступающего на земную поверхность, сократится в несколько десятков раз. В результате наступит "ядерная зима", т. е. произойдет общее понижение температуры, особенно сильное - над континентами.
2. Процесс очищения атмосферы будет идти многие месяцы и даже годы. Но атмосфера не вернется в первоначальное состояние - ее термогидродинамические характеристики станут совершенно иными.
Понижение температуры поверхности Земли спустя месяц после образования сажевых облаков в среднем будет значительным: 15-200С, а в удаленных от океанов точках - до 350С. Такая температура продержится несколько месяцев, за которые земная поверхность промерзнет на несколько метров, лишив всех пресной воды, тем более что прекратятся дожди. В Южном полушарии тоже наступит "ядерная зима", так как сажевые облака окутают всю планету, изменятся все циклы циркуляции в атмосфере, хотя в Австралии и Южной Америке похолодание будет менее значительно (на 10-120С).
Океан остынет на 1,5-20С, что вызовет огромную разницу температур вблизи побережья и постоянные сильнейшие штормы. Атмосфера начнет нагреваться не снизу, как сейчас, а сверху. Циркуляция прекратится, поскольку вверху окажутся более легкие и теплые слои, исчезнет источник конвекционной неустойчивости атмосферы, и выпадение сажи на поверхность будет происходить много медленнее, чем по сценарию Сагана, который не учитывал движение атмосферы, связи атмосферы и океана, выпадение осадков, изменение температуры в разных частях Земли.
В группе Моисеева были использованы новые данные о возможных эффектах ядерных взрывов, произведен учет влияния взаимодействий между атмосферой и океаном, и выводы показали губительность последствий катастрофы для биосферы в первый год. Особенно сильно пострадает биосфера экваториальной зоны, приспособленная к постоянству условий. В умеренном поясе при катастрофе в зимнее время, когда живое находится в анабиозе, что-то может выжить, если не будет уничтожено пожарами. Если взрыв произойдет летом, то все живое погибнет, за исключением низших форм жизни. Фитопланктон погибнет из-за длительного отсутствия солнечного света. Моисеев считает, что такой "удар по биосфере можно рассматривать как бифуркацию, резко меняющую ее эволюцию" и переводящую биосферу на качественно иной уровень, но последствия любой бифуркации не поддаются детальному предсказанию.
До начала 1970-х гг. проблема экологических последствий подземных ядерных взрывов сводилась лишь к защитным мерам против их сейсмического и радиационного воздействия в момент проведения (т.е. обеспечивалась безопасность взрывных работ). Детально изучение динамики процессов, протекающих в зоне взрывов, велось исключительно с точки зрения технических аспектов. Малые размеры ядерных зарядов (по сравнению с химическими) и легко достижимая большая мощность ядерных взрывов привлекали военных и гражданских специалистов. Возникло ложное представление о высокой экономической эффективности подземных ядерных взрывов (понятие, подменившее менее узкое - технологической эффективности взрывов как действительно мощного способа разрушения массивов горных пород). И только в 1970-е гг. стало выясняться, что отрицательное экологическое воздействие подземных ядерных взрывов на окружающую среду и здоровье людей сводит на нет получаемую от них экономическую выгоду. В 1972 г. в США была прекращена программа использования подземных взрывов в мирных целях "Плаушер", принятая в 1963 г. В СССР с 1974 г. отказались от проведения подземных ядерных взрывов наружного действия. Подземные ядерные взрывы в мирных целях в Астраханской и Пермской областях и в Якутии.
Из них четыре взрыва на территории Якутии проведено с целью глубинного сейсмического зондирования земной коры, шесть взрывов осуществлено с целью интенсификации добычи нефти и притока газа, один - для создания подземной емкости - хранилища нефти.
Взрыв "Кратон-3" (24 августа 1978г.) сопровождался аварийным радиоактивным выбросом. В результате анализа, проведенного Радиевым институтом им. В.Г.Хлопина (Санкт-Петербург), выявлено большое количество плутония-239 и плутония-240 в почве. Аварийный выброс радионуклидов на поверхность составил около 2% суммы продуктов деления при мощности взрыва около 20 кт ТНТ. Непосредственно над эпицентром зафиксирована мощность экспозиционной дозы 80 мкР/ч. Концентрация цезия-137 в 10 раз превысила уровень естественного радиоактивного фона.
Особенности комбинированного воздействия ядерно-взрывных технологий проявились в аварийных ситуациях, происшедших на Астраханском газоконденсатном, а также Осинском и Гежском нефтяных месторождениях.
На некоторых объектах, где проводились подземные ядерные взрывы, радиоактивное загрязнение зафиксировано на значительном расстоянии от эпицентров как в недрах, так и на поверхности. В окрестностях начинаются опасные геологические явления - подвижки массивов горных пород в ближней зоне, а также значительные изменения режима подземных вод и газов и появление наведенной (спровоцированной взрывами) сейсмичности в отдельных районах. Эксплуатируемые полости взрывов оказываются весьма ненадежными элементами технологических схем производственных процессов. Это нарушает надежность роботы промышленных комплексов стратегического значения, сокращает ресурсный потенциал недр и других природных комплексов. Длительное пребывание в зонах взрывов вызывает поражение иммунной и кроветворной системы человека.
Для приповерхностных подземных ядерных взрывов с выбросом грунта радиационная опасность сохраняется по сей день. На севере Пермской области (в связи с намечавшейся в 1970-е гг. реализацией проекта по переброске стока северных рек на юг) на водоразделе рек Печоры и Камы предполагалось создать участок канала с помощью 250 таких взрывов. Первый (тройной) взрыв "Тайга" был проведен 23 марта 1971 г. Заряды были заложены в рыхлых обводненных грунтах на глубине 127,2, 127,3 и 127, 6 м на расстоянии 163-167 м друг от друга. Во время взрыва возникло газопылевое облако высотой 1800 м, диаметром 1700 м. После того как оно опустилось, в рельефе местности обнажилась траншейная выемка длиной 700 м, шириной 340 м и глубиной около 15 м. Вокруг выемки образовался вал грунта высотой около 6 м и шириной около 50 м с зоной рассеянных глыб шириной до 170 м. Постепенно эта выемка заполнилась грунтовыми водами и превратилась в озеро. На протяжении многих лет радиоактивность в районе объекта "Тайга" достигла 1100 мкР/ч (более чем в 100 раз превышая уровень естественного радиоактивного фона).
Главной экологической проблемой России от Мурманска до Владивостока является массовое радиационное загрязнение и загрязнение питьевой воды
Недавно стала известна ситуация на полигоне "Северный" знаменитого "Красноярска-26". Там подземная радиоактивная линза распространяется со скоростью 300 метров в год. До ближайшего притока Енисея осталось 1 километр 800 метров. Или шесть лет.
В одном из изданий Минатома - книге "Атомная отрасль России" (М., Изд. АТ, 1998) - отмечается: "Тот факт, что радиоактивные вещества из озера Карачай в Челябинске-40 уже проникли на несколько километров вширь и вглубь территории и, возможно, в ближайшие годы начнут просачиваться в проточную воду, должен насторожить специалистов". И еще: "Отходы находятся в различных состояниях, в том числе и в резервуарах, проектный срок службы которых, составляющий 30 лет, истекает. В Томске-7, Красноярске-26, Челябинске-40 радиоактивные отходы частично находятся в аварийном состоянии в открытых поверхностных водоемах. Особую опасность представляют радиоактивные отходы в количестве свыше 120 млн. кюри, находящиеся в воде и иле озера Карачай".
Существует предложение использовать термоядерные взрывы "максимально малой мощности... в большой подземной камере" для наработки плутония, который затем сжигался бы в ядерных реакторах.
Последующее развитие мирных применений ядерных зарядов (так называемых "чистых" зарядов) создало условия для использования по более экологичной и экономичной схеме производства энергии, заключающейся в следующем. Энергозаряд, состоящий из малого количества делящегося материала (ДМ) - плутония-239 или урана-233, - который служит запалом, и дейтерия, который дает основную долю энергии, взрывается в прочной полости, называемый котлом взрывного сгорания( КВС). В момент взрыва корпус котла защищается толстым слоем жидкого натрия (защитной стенкой) от высокой температуры, импульсного давления и проникающей радиации. Натрий одновременно служит теплоносителем. Полученная тепловая энергия далее передается паровым турбинам для выработки электроэнергии по обычной схеме. При взрыве происходит выделенеие 43,2 МэВ энергии на 6 атомов дейтерия с образованием двух нейтронов. Эти нейтроны используются для получения плутония-239 или урана-233 (из урана-238 или тория-232) в количествах, превышающих расход ДМ при работе запала энергозаряда. Наработанный делящийся материал используется для запалов следующих энергозарядов и как топливо для реакторов вторичной ядерной энергетики. Разработчики надеются, что взрывная дейтериевая энергетика сможет давать дешевую электроэнергию и тепло, а также позволит ликвидировать топливный тупик традиционных АЭС.
Для создания КВС необходимы обычные материалы: сталь, бетон, натрий. Количество радиоактивных отходов на единицу произведенной энергии оказывается в десятки раз меньше, чем при работе традиционных АЭС. Запасы дейтерия огромны, а стоимость его низка. Уже добытого из недр урана хватит для запасов на тысячелетие.
Чистый дейтериевый заряд - принципиальный элемент рассматриваемой концепции. Несколько вариантов таких зарядов разработано в Федеральном Ядерном Центре ВНИИТФ под руководством академика Е. Н. Аврорина много лет назад. Они впитали в себя знания и изобретательность многих ученых, неоднократно использовались для экологически чистых мирных применений.

Bn-P.Ru