ECOLOGY (741238), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

Количество радиоактивных изотопов, которые включаются в пище­вые цепи и в конце концов попадают в организм человека, определяет­ся не только тем, сколько их выпало из воздуха (что, как уже отмеча­лось, непосредственно зависит от количества атмосферных осадков), но также структурой экосистемы и природой ее биогеохимических циклов. В общем в малокормных местообитаниях большая доля осадков будет входить в пищевые цепи. В богатой среде высокая скорость обмена и большая запасающая емкость почвы или донных отложений обеспечи­вают такое разбавление осадков, что в растения они попадают в отно­сительно небольшом количестве. Подушковидная растительность тощих почв, такая, как моховые болота, заросли вереска, сообщества на выхо­дах гранита, альпийские луга и тундры действует как ловушка для осадков, ускоряя их потребле­ние животными.

УНИЧТОЖЕНИЕ ОТХОДОВ

Несмотря на всю серьезность проблемы осадков, потенциально еще более серьезной является проблема уничтожения отходов, образующих­ся при использовании атомной энергии в мирных целях. Экологическим аспектам уничтожения отходов не уделяется достаточного внимания, а, между тем именно они представляют собой лимитирующий фактор для полного использования атомной энергии. Как утверждают украинские учёные, ядерная энергия «по существу неисчерпаема», но пре­градой на пути к очень широкому получению такой энергии являются, возникающие при этом побочные воздействия на окружающую среду. Это еще одно выражение принципа, сформулированного в гл. 16: челове­ка лимитирует не энергия сама по себе, а последствия загрязнения, по­рождаемого эксплуатацией источников энергии.

Обычно рассматривают три категории радиоактивных отходов:

1. Высокоактивные отходы. Жидкости или твердые вещества, кото­рые необходимо хранить, так как они слишком опасны, для того чтобы, их можно было выбросить в биосферу. При расщеплении каждой тонны. ядерного горючего образуется около 400 л таких высокоактивных отхо­дов. В 1969 г. в 200 подземных контейнерах на четырех полигонах по атомной энергии США хранилось 300-106 л таких отходов. Ежегодно требуется 60 000 м3 емкостей для новых отходов; эта цифра будет возрастать по мере увеличения производства ядерной энергии. Среди других способов избавления от отходов рассматриваются следую­щие: 1) превращение жидкостей в инертные твердые вещества (кера­мику) для захоронения в глубоких геологических горизонтах; 2) хране­ние жидких и твердых отходов в глубоких соляных шахтах. Проблема осложняется тем, что высокоактивные отходы выделяют большое коли­чество тепла, которое может расплавить стены соляных шахт или вы­звать небольшие землетрясения, если оно выделяется в разломах опре­деленных типов.

2. Низкоактивные отходы. Жидкости, твердые вещества и газы, об­ладающие очень низкой активностью, но занимающие слишком много места, чтобы хранить их целиком. Поэтому их приходится рассеивать в окружающей среде, но таким образом и в таких количествах, чтобы эта радиоактивность не вызывала ощутимого повышения фона и не кон­центрировалась в пищевых цепях.

3. Отходы с промежуточной активностью. Их активность достаточно высока, чтобы вызвать местное загрязнение, но достаточно низка, чтобы можно было отделить высокоактивные или долгоживущие компоненты, а с основной массой обращаться как с низкоактивными отходами.

Цикл уранового горючего на электростанциях состоит из следующих фаз: I)добыча и измельчение; 2) очистка (химические реакции);

3) обогащение (повышение относительного содержания урана-235);

4) изготовление ядерных топливных элементов;

5) загрузка ядерного топлива в реактор;

6) регенерация расщепленного горючего;

1. захоро­нение или другой способ хранения отходов.

Хотя большая часть радио­активных отходов образуется в реакторе, наиболее трудны те проблемы переработки отходов, с которыми приходится сталкиваться при реге­нерации, когда продукты деления удаляются из отработанных топливных элементов. Регенерационные установки и, места захоронения расположены в разных местах вне собственно атом­ной электростанции. Это означает постоянную опасность аварий, воз­можных при перевозке отработанных элементов или высокоактивных. отходов. Отходы с низкой и промежуточной активностью возникают так­же в непосредственной близости от реактора (особенно при утечках или поломках), а также при добыче и изготовлении топлива. Таким образом,, на всем протяжении цикла существует .постоянная угроза радиоактивно­го загрязнения среды. Чтобы свести эту угрозу к минимуму, около атом­ной станции должны быть отведены обширные участки земли. Необходим, в частности, достаточно обширный участок для захоронения в грунт, так как на каждые 1500 м3 высокоактивных отходов или на 3000 м3 отходов с низкой или промежуточной актив­ностью требуется примерно 0,5 га.

Фиг. 228. Захоронение в грунт высокоактивных жидких отходов.

Показано перемещение в почвах пустыни основных изотопов.

Такие участки должны постоянно находиться под на­блюдением, чтобы исключить возможность заражения по­верхностных и грунтовых вод н воздуха (фиг. 228). Позже мы рассмотрим требования к суше и воде в месте располо­жения атомной станции и пере-' работки ее отходов.

До тех пор пока делящие­ся материалы (уран, торий, плутоний и др.) будут исполь­зоваться в качестве источника энергии, факторами, лимити­рующими использование теоретически «неисчерпаемых» источников атомной энергии, будут оста­ваться большие количества отходов от продуктов деления (те же самые радиоактивные изотопы, которые присутствуют в осадках) плюс следо­вые количества расщепляемых материалов. Будет накапливаться очень много «мегакюри» радиоактивных изотопов с большими периодами по­лураспада. Ожи­дается, что используемые сейчас реакторы в ближайшие 15—20 лет будут заменены реакторами-размножителями, в которых при каталити­ческом сжигании урана-238, тория-232 и, может быть, лития-6 будет происходить самовосстановление делящихся материалов. При этом значительно снизятся потребности в горю­чем, но это не решит проблемы уничтожения отходов. Предполагается, что когда-нибудь станет возможным использование энергии синтеза. С продуктами деления тогда было бы покончено, но, увеличилось бы количество веществ с наведенной активностью, в част­ности трития, который мог бы загрязнить гидрологический цикл в гло­бальном масштабе. Паркер (1968) подсчитал, что «если бы все атомные станции работали на реакции термоядерного синтеза, то в результате образовавшегося в энергетике трития доза загрязнения для всего зем­ного шара к 2000 г. достигла бы недопустимого уровня!» Дополнитель­ное обсуждение проблемы радиоактивных отходов.

Если бы радиоактивные отходы не лимитировали использования атомной энергии, то лимитирующим фактором стали бы тепловые отхо­ды или, что более вероятно, сочетание тех и других отходов создавало бы предельные ограничения со стороны загрязнения. То, что сейчас на­зывают тепловым загрязнением, будет „становиться все более серьезной проблемой, так как, согласно второму закону термодинамики, при лю­бом превращении одной формы энергии в другую в качестве побочного продукта образуется бесполезное тепло. Переход от ми­нерального горючего к атомному до некоторой степени уменьшает за­грязнение воздуха, но при этом возрастает загрязнение воды, особенно тепловое. Так, при производстве 1 кВт-ч электроэнергии на тепловой станции тепловые отходы в атмосферу и в воду, используемую для ох­лаждения, составляют соответственно 400 и 135 искал, а на современной

атомной электростанции — 130 и 1900 ккал. Таким образом, атомная электростанция средних размеров, производящая 3000 МВт электроэнер­гии, производит также тепловые отходы с интенсивностью свыше 5-Ю9 ккал/ч.

Охлаждающая способность поверхности воды варьирует в зависи­мости от ветра и температуры воды от 7 до 36 ккал в 1 ч на 1 м2 на каждый градус (1 °С) разницы между температурой воды и воздуха. Следовательно, для рассеяния тепла требуется большая водная поверх­ность, что-то порядка 0,6 га на 1 МВт в местностях с умеренным клима­том, или 1800 га на электростанцию мощностью 3000 МВт. В одном отчете1 в 1970 г. рекомендовалось каждой атомной электростанции мощ­ностью 2400 МВт отводить 450 га для самой станции и хранения радио­активных отходов и около 3000 га водной поверхности для охлаждения. Соответственно если выбрать второй вариант стратегии уничтожения от­ходов, то для каждой электростанции умеренных раз­меров придется отвести площадь минимум 4000 га. Это соответствует концепции зоны переработки отходов (фиг. 219) и предусматривает ис­пользование тепловых отходов для разведения рыбы или для других полезных целей.

Применение мощных охлаждающих устройств, таких, как градирни, позволило бы сократить необходимое пространство, но довольно дорогой ценой, так как это означало бы выбор дорогостоящего третьего варианта стратегии уничтожения отходов. Как и в отношении других отходов, всегда кажется заманчивым использовать для охлаждения океаны, но отчет другой специальной группы2 предостерегает, что океаны нельзя больше рассматривать как свалку для всех порожденных человеком от­ходов. Хотя почти все предсказывают, что проблема локального тепло­вого загрязнения будет все более обостряться, мнения относительно era конечного влияния на глобальный тепловой баланс расходятся.

Локальные вредные воздействия теплового загрязнения на водные экосистемы таковы:

1)повышение температуры воды часто усиливает восприимчивость организмов к токсичным веществам (которые, несом­ненно, должны присутствовать в загрязненной воде);

2) температура может превысить критические величины для «степотермных» стадий жизненных циклов;

3) высокая температура благоприят­ствует замене популяций обычной флоры водорослей менее желатель­ными сине-зелеными;

4) при повышении температуры воды животным нужно больше кислорода, а в теплой воде его содержа­ние понижено.

БУДУЩЕЕ РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИИ

В этой краткой лекции мы пытались показать, что проблемы радио­активного и теплового загрязнения окружающей среды, связанного с использованием ядерной энергии, будут углублять и так уже серьезные ограничения, накладываемые разного рода загрязнениями на дальнейшее развитие «индустриализованного» человека. Вместе с тем мы отме­тили и те необычайно привлекательные возможности, которые дает ис­следователю метод радиоактивных изотопов. До настоящего времени радиационная экология занималась преимущественно описанием и раз­работкой методик, но теперь настало время, когда ей следует внести свой вклад, и притом значительный, в теорию экосистем. Радиационные методы предлагают .мощные средства для решения двух основных про­блем экосистемы; о связи однонаправленного потока энергии с круго­воротом веществ и о взаимодействии физических и биологических .фак­торов в регулировании экосистемы. Только при глубоком понимании всех этих вопросов человек сможет сам обнаруживать собственные) ошибки и исправлять все те нарушения в системах жизнеобеспечения, которые вносит в биосферу безудержное развитие техники. В не слишком далеком будущем радиоэколог, вероятно, будет участвовать в решении вопросов о том, когда сохранять, а когда рассеи­вать отходы атомной эпохи. Ведь кому же, как не экологу, знать, чего можно ожидать в биологической среде обитания!

Характеристики

Список файлов реферата