Воздействие АЭС на окружающую среду при соблюдении технологии строительства и эксплуатации может и должно быть значительно меньше, чем других технологических объектов: химических предприятий, ТЭЦ. Однако радиация в случае аварии – один из опасных факторов для экологии, человеческой жизни и здоровья. В этом случае выбросы приравниваются к возникающим при испытании ядерного оружия.
Каково воздействие АЭС в нормальных и нештатных условиях, можно ли предотвратить катастрофы и какие меры принимаются для обеспечения безопасности на ядерных объектах?
Развитие и значение атомных электростанций
Первые исследования по ядерной энергетике пришлись на 1890-е гг., а строительство крупных объектов началось с 1954 г. Атомные электростанции возводятся для получения энергии путем радиоактивного распада в реакторе.
Сейчас используются такие типы реакторов третьего поколения:
легководные (наиболее рас тяжеловодные;
газоохлаждаемые;
быстро-нейтронные.
В период с 1960 г. по 2008 г. в мире были введены в работу около 540 атомных реакторов. Из них около 100 закрылись по разным мотивам, в том числе из-за негативного воздействия АЭС на природу. До 1960 г. реакторы отличались высоким показателем аварийности из-за технологического несовершенства и недостаточной проработки регулирующей нормативной базы. В следующие годы требования ужесточались, а технологии совершенствовались. На фоне уменьшения запасов природных энергоресурсов, высокой энергоэффективности урана строились более безопасные и оказывающее меньшее негативное воздействие АЭС.
Для плановой работы атомных объектов добывается урановая руда, из которой обогащением получается радиоактивный уран. В реакторах вырабатывается плутоний – самое токсичное из существующих веществ, полученных человеком. Обработка, транспортировка и захоронение отходов деятельности АЭС требует тщательных мер предосторожности и безопасности.
Факторы воздействия АЭС на окружающий мир
Наряду с прочими промышленными комплексами атомные электростанции оказывают воздействие на природную среду и человеческую жизнедеятельность. В практике использования энергетических объектов нет на 100% надежных систем. Анализ воздействия АЭС проводится с учетом возможных последующих рисков и ожидаемой пользы.
При этом совершенно безопасной энергетики не существует. Воздействие АЭС на окружающую среду начинается с момента возведения, продолжается при эксплуатации и даже по ее окончании. На территории расположения станции по выработке электроэнергии и за ее пределами следует предусматривать возникновение таких негативных влияний:
Изъятие земельного участка под строительство и обустройство санитарных зон.
Изменение рельефа местности.
Уничтожение растительности из-за строительства.
Загрязнение атмосферы при необходимости взрывных работ.
Переселение местных жителей на другие территории.
Вред популяциям местных животных.
Тепловое загрязнение, влияющее микроклимат территории.
Изменение условий пользования землей и природными ресурсами на определенной территории.
Химическое воздействие АЭС – выбросы в водные бассейны, атмосферу и на поверхности почв.
Загрязнение радионуклидами, которое может вызвать необратимые изменения в организмах людей и животных.Радиоактивные вещества могут попадать в организм с воздухом, водой и пищей. Против этого и других факторов существуют специальные превентивные меры.
Ионизирующее излучение при выводе станции из эксплуатации с нарушением правил демонтажа и дезактивации.
Один из самых значительных загрязняющих факторов – тепловое воздействие АЭС, возникающее при функционировании градирен, охлаждающих систем и брызгальных бассейнов. Они влияют на микроклимат, состояние вод, жизнь флоры и фауны в радиусе нескольких километров от объекта. КПД атомных электростанций составляет около 33-35%, остальное тепло (65-67%) выделяется в атмосферу.
На территории санитарной зоны в результате воздействия АЭС, в частности водоемов-охладителей, выделяются тепло и влага, вызывая повышение температуры на 1-1,5° в радиусе нескольких сот метров. В теплое время года над водоемами образуются туманы, которые рассеиваются на значительное удаление, ухудшая инсоляцию и ускоряя разрушение зданий. При холодной погоде туманы усиливают гололедные явления. Брызговые устройства вызывают еще большее повышение температуры в радиусе нескольких километров.
Охлаждающие воду испарительные башни-градирни испаряют летом до 15%, а зимой до 1-2% воды, формируя пароконденсатные факелы, вызывая на 30-50% уменьшение солнечного освещения на прилегающей территории, ухудшая метеорологическую видимость на 0,5-4 км. Воздействие АЭС сказывается на экологическом состоянии и гидрохимическом составе воды прилегающих водоемов. После испарения воды из охладительных систем в последних остаются соли. Для сохранения стабильного солевого баланса часть жесткой воды приходится сбрасывать, заменяя ее свежей.
3.
Дано:
m = 180 г = 0,18 кг
s = 3 см = 0,03 м
d = 6 см = 0,06 м
h = 18 см = 0,18 м
g = 10 Н/кг
p(max) - ?
Формула давления:
p = F/S - из уравнения видно, что при одной и той же силе давление будет максимальным, если площадь поверхности будет минимальной. Сила в нашем случае - это сила тяжести, действующая на коробку:
Fт = mg
Нетрудно догадаться, что минимальная площадь получится, если умножить s на d:
S(min) = s*d, тогда:
p(max) = Fт/S(min) = mg/sd = (0,18*10)/(0,03*0,06) = 1,8/0,0018 = 1000 Па = 1 кПа
ответ: 1 кПа.
4.
До перемещения поршня вверх концентрация молекул газа была больше. Следовательно, количество ударов о стенки сосуда было большим, ну и как итог - давление было выше. После перемещения поршня вверх концентрация молекул снизилась, а вместе с ней снизилось и количество ударов - давление стало меньше.
5.
Дано:
S1 = 15 см²
S2 = 300 см²
F2/F1 - ?
Выигрыш в силе определим через формулу давления:
p = F/S
Давление, которое оказывает первый поршень, передаётся через жидкость на второй, который в свою очередь передаёт это давление дальше (сжимает какое-то тело, если это гидравлический пресс, или поднимает какое-то тело, если это гидравлический подъёмник). Значит, давления равны:
p1 = p2
F1/S1 = F2/S2 - выразим отношение сил:
F2/F1 = S2/S1 - значения площадей известны, тогда выигрыш в силе равен:
F2/F1 = S2/S1 = 300/15 = 20
ответ: 20.
6.
Дано:
P = 1 Н
V(тела) = 125*10^(-6) м³
р(воды) = 1000 кг/м³
g = 10 H/кг
Fa >/=/< P - ?
В таких задачах надо узнать плотность тела и тогда станет ясно, утонет ли тело в воде или нет. Масса - это произведение плотности и объёма:
m = p*V
Мы можем выразить плотность. Но прежде надо найти массу из формулы веса:
P = Fт = mg => m = P/g
m = p*V => p = m/V = (P/g)/V = P/(gV) = 1/(10*125*10^(-6)) = 1/(125*10^(-5) = 800 кг/м³
800 < 1000 - плотность тела меньше плотности воды, значит:
Fa > P - тело не утонет.
Однако стандартно такие задачи решаются через нахождение силы Архимеда:
Fa = p(воды)*g*V(тела) = 1000*10*125*10^(-6) = 125*10^(-2) = 1,25 Н
1,25 > 1 - сила Архимеда, действующая на тело, больше веса тела в воздухе, значит тело не утонет.
ответ: не утонет.
7.
Работа совершается тогда, когда на тело действует сила и тело движется в направлении или против направления действия этой силы. Следовательно, подходит только а)
8.
Дано:
m = 600 кг
t = 1 мин = 60 с
S = 200 м
g = 10 Н/кг
A, N - ?
Строго говоря, здесь сила тяги должна быть равна силе трения качения, в формулу которой входит определённый коэффициент трения качения и радиус колеса:
Fтяги = Fтр.кач. = N*(k/R)
Но если выражением (k/R) пренебречь, то сила тяги будет равна просто силе реакции опоры (силе реакции дороги на автомобиль), которая равна силе тяжести автомобиля с грузом:
Fтяги = Fтр.кач. = N = (m + M)g. Но массой М автомобиля тоже пренебрегаем, поэтому:
Fтяги = mg
Работа - это произведение силы и расстояния:
А = Fтяги*S = mg*S = 600*10*200 = 1200000 Дж = 1,2 МДж
Мощность - это скорость выполнения работы:
N = A/t = 1200000/60 = 20000 Вт = 20 кВт
Есть другая формула:
N = A/t = (Fтяги*s)/t = Fтяги*(s/t) = Fтяги*v = 6000*(200/60) = 600*(200/6) = 100*200 = 20 кВт
ответ: 1,2 МДж, 20 кВт.
