Курчатов – наш друг, радиация – нам не враг
Фото: Алексей Попович
Атомная энергетика окружена множеством мифов и заблуждений, которые часто возникают из-за недостатка точной информации и научных знаний, а также различных домыслов. Многие, например, ошибочно считают, что любое количество радиации опасно и что атомная энергетика губительна для человека. Однако далеко не все спешат обращаться за разъяснениями к науке.
Журналист «ЧС» отправился в Информационный центр по атомной энергии (ИЦАЭ), чтобы узнать все важное о работе АЭС и не только.
Атомная энергетика представляет собой огромный пласт промышленности, основанный на использовании энергии атома для производства электроэнергии. Данная отрасль играет важную роль в современной системе производства энергии, благодаря своей эффективности и практически отсутствию выбросов углекислого газа.
В рамках экскурсии в ИЦАЭ всем желающим рассказывают и, главное – показывают, как работает отрасль. Центр занимается тем, что популяризирует науку, знакомит людей с различными инновациями в области атомных технологий.
Атомная энергия вокруг нас
Первое, что увидят гости ИЦАЭ, – портрет Альберта Эйнштейна. Этот, бесспорно, великий ученый, немало сделавший для атомной энергетики, как бы предупреждает потомков: атомная бомба – это не шутки. Не секрет, что физик всегда выступал за мирное использование энергии ядра.
Объяснить принцип атомной электростанции (АЭС) можно на примере чайника. Вода нагревается и превращается в пар. Пар вращает турбину, соединенную с генератором, и уже генератор преобразует механическую энергию вращения в электроэнергию. Разница только в том, что именно нагревает воду, превращая ее в пар. На тепловых станциях для нагревания воды сжигают уголь или газ, а это приводит к выбросам вредных веществ в атмосферу.
На атомных же станциях для нагревания воды используется энергия урана. При этом на АЭС никаких вредных выбросов нет, это экологичный вид получения энергии. Распадаясь, ядра урана выделяют огромное количество тепла, которое доводит воду до кипения. Образуется пар. Пар вращает турбину, а турбина, в свою очередь, соединена с генератором, который и вырабатывает электроэнергию, поступающую в дома.
Многие считают, что атомные электростанции никак не питают Новосибирск. Однако факт заключается в том, что каждая пятая лампочка в стране работает благодаря атомной электростанции. Почему? Потому что есть единая национальная энергосеть, в которой все электростанции работают вместе. Они объединены и распределяют мощность между друг другом. Если вдруг одна из электростанций перестанет вырабатывать определенное количество мощности, то другая будет восполнять нехватку.
В Новосибирске функционируют ТЭЦ-2, ТЭЦ-3, ТЭЦ-4 и ТЭЦ-5, а ТЭЦ-1 выведена из эксплуатации. Четыре работающие теплоэлектростанции и одна гидроэлектростанция. В целом схема работы у них схожа с той, которая действует на атомной электростанции, только в последней для работы используются маленькие таблетки урана – топливо для реакторов. Урановая таблетка (если по-научному – диоксид урана) – это спрессованное при определенных температурах в печи вещество. В одном реакторе их может быть порядка 16 миллионов штук. Такие таблетки – важнейший элемент всей системы.
Что такое ВВЭР и как оно работает?
Водо-водяной энергетический реактор (ВВЭР) – это один из самых популярных видов реактора на атомных электростанциях. Рассмотреть его работу можно на примере ВВЭР-1200. Такие сейчас строятся в России, Турции и Египте.
В реакторе есть два контура. В первом и втором находится вода. Вода первого контура, нагретая в реакторе, передает, не соприкасаясь, полученное тепло воде второго контура в специальном устройстве – парогенераторе. Ранее упомянутые урановые таблетки находятся в реакторе в специальных трубках – твэлах. Твэлы сгруппированы в тепловыделяющие сборки – ТВС.
ЧЕМ ОТЛИЧАЮТСЯ?
Одноконтурные и двухконтурные реакторы
Одноконтурные реакторы
Характеризуются одним контуром, в котором циркулирует теплоноситель. Пар, вырабатываемый в реакторе, напрямую подается в турбину для генерации электроэнергии.
Одноконтурные АЭС имеют более простую конструкцию, что снижает затраты на строительство и эксплуатацию. Пар, вырабатываемый в реакторе, имеет высокую температуру и давление, что повышает эффективность турбины.
Поскольку пар напрямую контактирует с активной зоной реактора, он может содержать радиоактивные примеси, что требует дополнительных мер безопасности.
Турбина и другие элементы паротурбинного контура могут подвергаться радиоактивному загрязнению, что усложняет их обслуживание и ремонт.
Одноконтурные АЭС считаются менее безопасными из-за прямого контакта теплоносителя с активной зоной реактора.
Двухконтурные реакторы
В таких реакторах используется два контура: первый контур – в нем циркулирует теплоноситель (обычно вода под давлением), второй контур – в нем пар вырабатывается в парогенераторе и подается в турбину.
Первый контур, содержащий радиоактивный теплоноситель, изолирован от второго контура, что значительно снижает риск радиоактивного загрязнения пара и оборудования.
Благодаря разделению контуров двухконтурные АЭС считаются более безопасными, так как радиоактивные вещества не попадают в турбину и другие элементы второго контура.
Двухконтурные АЭС обеспечивают высокую эффективность генерации электроэнергии благодаря использованию парогенераторов, которые позволяют получать пар высокого давления и температуры.
Вода первого контура находится в реакторе под большим давлением и поэтому может нагреваться до высоких температур. В первом контуре находится радиоактивная вода, а во втором контуре не радиоактивная вода. Вода второго контура находится под меньшим давлением, поэтому при нагреве горячей водой первого контура переходит в другое агрегатное состояние – пар, который направляется на турбину. Турбина, вращаясь, приводит в движение генератор. Генератор вырабатывает электричество. Точно такая же схема у теплоэлектростанций, только там источник энергии – сгорание органического топлива: угля, газа, мазута, а у гидроэлектростанций – вода. Отработавший в турбине пар направляется в конденсатор, где, охлаждаясь, превращается в воду, которая опять направляется в парогенератор, обеспечивая циркуляцию воды во втором контуре. Если попытаться объяснить проще, то можно представить себе кастрюлю. Мы хотим сварить в ней пельмени: налили воду, закрыли и ждем. Подняли крышку – а на ней конденсат.
Дальше идет схема, когда электричество отправляется на трансформатор. Они имеются у всех электростанций, чтобы увеличить напряжение тока и отправить энергию по линиям электропередачи.
Это может быть сотни тысяч вольт. Потому что нам нужно отправить энергию на дальнее расстояние. Чтобы минимизировать потери, требуется огромное напряжение в линиях электропередачи в город.
АЭС безопасны?
Атомные электростанции на данный момент являются одними из самых надежных предприятий. Все мы читали и слышали о страшной катастрофе на Чернобыльской АЭС, последствия которой до сих пор заметны. За годы отрасль изменилась и адаптировалась к новым стандартам. Специалисты учатся на ошибках, и в наше время технологии позволили минимизировать риски. Сейчас атомные электростанции – это гарант качества. В них используются четыре системы безопасности. Первая – это сама урановая таблетка. Ее прочность является первой степенью защиты. Вторая – герметичные тепловыделяющие элементы: циркониевые трубки, которые находятся в тепловыделяющих сборках. Третья – сам корпус реактора. Четвертая – это контаймент, внешняя защитная оболочка энергоблока. Говорят, что если самолет попадет в контаймент, то ничего страшного не произойдет.
СТРАШНЫЕ СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ
В ночь на 26 апреля 1986 года на четвертом энергоблоке ЧАЭС произошел взрыв, который полностью разрушил реактор. В различных помещениях и на крыше начался пожар. Здание энергоблока частично обрушилось. В результате аварии произошел выброс в окружающую среду радиоактивных веществ, в том числе изотопов урана, плутония, йода-131, цезия-134, цезия-137, стронция-90. Причиной аварии называют неуправляемый рост мощности реактора.
Последствия катастрофы были значительными. Радиоактивное загрязнение задело территорию Украины, Белоруссии, России и других стран Европы. В результате производилась эвакуация населения из районов, подвергшихся радиоактивному загрязнению.
Вокруг разрушенного блока возвели защитное сооружение – «Укрытие». Сейчас станция не заброшена, но электроэнергию не производит.
Вокруг ЧАЭС действует зона отчуждения площадью около 2,6 тысячи квадратных километров, закрытая для постоянного проживания. Хотя территория официально непригодна для постоянного проживания из-за сохраняющихся пятен радиоактивного загрязнения, общий радиационный фон в большинстве мест значительно снизился.
В 2016 году над старым саркофагом установили «Новый безопасный конфайнмент» (НБК) – крупнейшее передвижное инженерное сооружение в мире.
Курчатов изменил мир
Игорь Васильевич Курчатов – выдающийся советский физик, благодаря которому в 1954 году в СССР появилась первая в мире атомная электростанция. Обнинск стал первым наукоградом в стране и дал толчок для развития всей промышленности. Первый ядерный реактор в Европе также появился благодаря Курчатову. В научной среде он заработал прозвище Борода. Игорь Васильевич получил докторскую степень по физико-математическим наукам всего в 30 лет. По легенде, перед запуском реактора первой АЭС Курчатов произнес фразу: «С легким паром!»
Важную роль в работе над советской атомной бомбой сыграло получение разведданных о ходе работ над американской атомной программой. США были главной угрозой безопасности для СССР. Были построены специальные лаборатории и исследовательские центры, включая знаменитый институт Курчатова. Разрабатывались технологии обогащения урана. Осваивались методы разделения изотопов. Первое успешное испытание советской атомной бомбы состоялось 29 августа 1949 года на Семипалатинском полигоне.
Создание советской атомной бомбы имело огромные последствия для международной политики. Оно положило конец монополии США на ядерное оружие и способствовало формированию биполярного мира, где две сверхдержавы были вынуждены поддерживать баланс сил.
Кроме того, Курчатов продолжил развивать мирные направления использования атомной энергии, инициируя строительство первых советских атомных электростанций и реакторов для научных исследований.
Радиация повсюду?
Несмотря на общее убеждение, что радиация опасна, специалисты утверждают, что в небольших количествах она не представляет угрозы. В ИЦАЭ для наглядности создан специальный счетчик Гейгера, который позволяет определять радиоактивность. Он издает достаточно громкий пищащий звук, пока анализирует объект.
Почти все, что окружает нас, так или иначе содержит радиацию. Дело лишь в количестве, которое измеряется в зивертах. В обычном гранитном камне всего 2,5 микрозиверт в час, в смартфоне – 0,10, в монете – 0,04, в наручных часах – 0,07, что соответствует естественному радиационному фону. Забавный факт заключается в том, что любимые многими бананы радиоактивны и содержат калий-40. Учеными придуман даже банановый эквивалент.
Радиация может приносить пользу человеку и обществу, если применяется правильно и осторожно. Она широко используется в медицине, науке, промышленности и сельском хозяйстве.
Радиоизотопы задействованы в диагностической визуализации для выявления опухолей, патологий сердца и других органов. Например, позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) позволяет врачам увидеть активность клеток организма, помогая обнаружить раковые клетки раньше, чем это возможно с помощью традиционных методов диагностики.
Радиотерапия является эффективным методом лечения многих видов онкологических заболеваний. Облучение уничтожает злокачественные клетки, замедляя рост опухоли или полностью устраняя ее. Лучевая терапия может проводиться локально или дистанционно, обеспечивая высокую точность воздействия на пораженные ткани.
Методы анализа, основанные на радиационном воздействии, позволяют изучать структуру материалов, определять химический состав и выявлять дефекты. Примером служит рентгеновская спектроскопия, используемая для контроля качества продукции и обнаружения скрытых дефектов.
Облучение пищевых продуктов гамма-излучением убивает бактерии и патогены, продлевая срок хранения пищи и предотвращая распространение болезней пищевого происхождения.
Метод радиационного мутагенеза позволяет получать новые сорта сельскохозяйственных культур, устойчивых к болезням, засухе и другим неблагоприятным условиям среды. Это способствует повышению урожайности и устойчивости сельского хозяйства.
Атомные электростанции используют контролируемые реакции распада ядер для выработки большого количества электричества. Эти установки обеспечивают значительное количество энергии без выделения вредных газов и способствуют уменьшению зависимости от ископаемых ресурсов.
При правильном применении радиации польза превышает потенциальные риски. Однако неправильное использование или пренебрежение мерами безопасности может привести к серьезным последствиям для здоровья и окружающей среды. Поэтому соблюдение норм радиационной защиты и контроль за применением радиоактивных материалов являются обязательными условиями безопасной эксплуатации.
– У посетителей ИЦАЭ часто возникают вопросы, вроде «выветривает ли алкоголь радиацию?». На самом деле это миф, что алкоголь помогает от радиации. Люди иногда считают, что радиация – это что-то антропогенное. На деле же это природный фактор, – рассказывает руководитель ИЦАЭ Андрей Либман. – Самые яркие моменты возникают, когда объясняешь людям, что радиация есть везде, даже в дереве за окном. Но опасность она представляет только в больших дозах.
Атомные мифы
Атомы состоят из ядра и электронов (точнее, электронного «облака»). Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Если число электронов совпадает с числом протонов в ядре, то атом в целом оказывается электрически нейтральным. В противном случае он обладает некоторым положительным или отрицательным зарядом и называется ионом.
Для наглядности в ИЦАЭ создан так называемый атомный синтезатор. Он позволяет виртуально синтезировать любой химический элемент. Для этого нужно выбрать кнопки с количеством протонов и нейтронов. С помощью него можно увидеть, как складываются атомы химических элементов.
В советское время говорили: «Атом должен быть рабочим, а не солдатом». Этому принципу ученые следовали неукоснительно. Сегодня атомная промышленность развивается большими темпами. К примеру, Россия – единственная страна, где есть атомный ледокольный флот. 12 атомных ледоколов были построены, еще один с названием «Россия» строится прямо сейчас.
– Почему популяризировать науку важно? Потому что сейчас есть множество мифов и стереотипов. Многие считают, что радиация – это что-то страшное. А люди боятся чего? Того, чего не знают, – поясняет Андрей Либман. – Для нас важно рассказывать про атомные технологии, потому что многие о них не знают, думают, что это лишь энергетика. Например, в космонавтике многие аппараты работают на ядерных батарейках. Наука нам не только позволяет узнавать достоверную информацию, исключая ошибки, но и дает возможность самим развиваться и познавать мир вокруг. Посещение центра может быть отправной точкой для дальнейшего изучения науки. Мы проводим и интерактивные занятия для школьников. Для детей это возможность заинтересоваться и захотеть поступить в вуз, например.
По словам эксперта, многие мифы об атомной энергетике возникают из массовой культуры. Кинематограф, телевидение, интернет и другие источники информации порой рисуют перед нами яркие, но неподкрепленные научными знаниями картины. Для многих людей обращение к науке – возможность узнать правду о том или ином явлении, проверить свои знания на практике.
