1.1 Радиационное воздействие АЭС на окружающею среду.

Можно выделить следующие основные проблемы, связанные с возможным радиационным воздействием объектов ядерной энергетики на человека и природную среду:

 экологические последствия ядерных аварий;

 захоронение радиоактивных отходов;

 биологическое воздействие малых доз радиации.

Основную долю в выбросах радионуклидов на АЭС составляют продукты деления. В их состав входят инертные радиоактивные газы (изотопы ксенона и криптона), а также такие экологически значимые радионуклиды, как тритий, углерод-14, хром-51, марганец-54, железо-59, кобальт-60, цинк-65, стронций-90, рутений-106, йод-131, цезий-134, цезий-137, церий-144 и др.

При эксплуатации АЭС в процессе деления тяжелых ядер и активации нейтронами различных материалов в активной зоне реактора образуется большое число радионуклидов. Например, в реакторе ВВЭР-440 после кампании, равной одному году, активность накопленных продуктов деления достигает 41010ГБк. Существующие на АЭС технологические системы позволяют обеспечить весьма высокие коэффициенты удержания большей части радионуклидов, в результате чего утечки радионуклидов в окружающую среду сводятся до уровней, допустимых действующими санитарными правилами.

Например, для ЛАЭС газоаэрозодьные выбросы в 1980-1985 гг. составляли в среднем по инертным радиоактивным газам (ИРГ) – 30%, йоду-131 – 20%, стронцию-90 – 3%, короткоживущие радионуклиды (КЖН) – 30%. Основную часть в выбросах радионуклидов в атмосферу составляют ИРГ – изотопы ксенона, криптона и аргона. Для уменьшения активности выбрасываемых газов на АЭЯ осуществляется их временная задержка перед выбросом в трубу, в течение которой происходит распад КЖН. Существенное различие между реакторами РБМК и ВВЭР с точки зрения радиоактивности воздушных выбросов заключается в том, что из-за замкнутости первого контура ВВЭР время пребывания в нем радиоактивных веществ на много больше, чес в открытом единственном контуре РБМК. Временная задержка радионуклидов уменьшает их активность, что эквивалентно улавливанию значительной части радиоактивности. В среднем величина выбросов ИРГ для реакторов ВВЭР более чем на порядок ниже по сравнению с реакторами РБМК. Фактические выбросы реакторов типа ВВЭР составляют несколько процентов от уровня предельно допустимых выбросов (ПДВ). Для реакторов типа РБМК выбросы радионуклидов (ИРГ) в целом выше, но также не превышают установленных ПДВ.

Другая группа радионуклидов представляет собой продукты коррозии материалов активной зоны реактора и первого контура теплоносителя: хром-51, марганец-54, кобальт – 60 и др. Основной вклад радиоактивных выбросов в атмосферу дают инертные радиоактивные газы – тритий и углерод-14. В сбросах в водоемы наиболее значимую роль играют тритий, цезий-137 и др. При повреждении оболочек ТВЭЛов в выбросах АЭС могут присутствовать следовые количества радионуклидов урана, нептуния, плутония, америция и кюрия.

Трансурановые элементы могут поступать в окружающую среду также при проведении ремонтных работ, например, при замене технологических каналов. Выбросы трансурановых нуклидов, как правило, существенно ниже радиоактивных выбросов других экологически значимых радионуклидов. Инертные радиоактивные газы вносят основной вклад в формирование дополнительного природного фона и в суммарное содержание радионуклидов в объектах окружающей среды. Прогнозируемое на ближайшие десятки лет повышение содержания в биосфере трития (Т1/2=12,3 лет) и углерода-14 (Т1/2=5730 лет) приведет к очень малому изменению дозовой нагрузки. Однако следует иметь в виду, что как углерод-14, так и тритий могут включаться в генетические структуры организмов, которые из-за локального воздействия -излучения будут получать большую дозу, чем клетка в целом .

Среди инертных радиоактивных газов особую значимость имеет Кг-85, который поступает в атмосферу как в процессе эксплуатации АЭС, так и от заводов по регенерации ядерного топлива. Увеличение концентрации Кг-85 в атмосфере может изменить в результате ионизации электропроводность воздушной среды и вызвать труднопрогнозируемые геофизические эффекты (изменение заряда Земли, изменение магнитного поля и др.).

Радиоактивность приземного воздуха формируется, в основном, радионуклидами естественного происхождения (радон-222, радон-220, бериллий-7 и др.), а также радиационными продуктами ядерных взрывов (цезий-137, стронций-90 и др.). Концентрация естественных радионуклидов в воздухе в среднем составляет: радон-222 – 2,0 Бк/м3, радон-220 – 0,2 – Бк/м3, бериллий-7 – 3 Бк/ м3. Следует заметить, что в зонах с умеренным климатом концентрация радона в закрытых помещениях в среднем примерно в 8 раз выше, чем в наружном воздухе. Основным источником возможного загрязнения окружающей среды на АЭС являются газоаэрозольные выбросы. В совокупности с метеорологическими условиями именно они могли бы иметь сколько-нибудь заметное влияние на радиационную обстановку в районе расположения. Влияние АЭС на радиоактивность атмосферных выпадений прослеживается, в основном, в санитарно-защитной зоне, где в отдельные годы могут наблюдаться более высокие концентрации Cs-137 в снегу – 4-12 Бк/м2. В отдельные годы в пробах снега на удалении от ЛАЭС 10-30 км обнаруживались следовые количества коррозионных радионуклидов (Со-60 – 2-3 Бк/м2, Мn-54 – 2-5 Бк/м2).

Согласно результатам многолетних исследований не обнаружено систематического значимого влияния газоаэрозольных выбросов АЭС на формирование радиоактивности данных компонент, т.е. практически отсутствует значимое воздействие АЭС на базу внутреннего облучения от местных пищевых продуктов. Согласно данным наблюдений суммарная доза внешнего облучения на местности составляет в среднем 0,7-0,6 мЗв/год, при этом вклад радиоактивных выбросов АЭС достоверно неразличим на фоне колебаний естественного уровня облучения.

Весьма важно учитывать, что возможное действие ионизирующего излучения на биоту районов АЭС практически всегда проявляется не изолированно, а совместно с другими факторами загрязнения природной среды. Наиболее отчетливо это видно на примере водоемов-охладителей, подверженных влиянию теплового сброса, химического загрязнения, эвтрофирования, механического травмирования организмов в водозаборных устройствах АЭС, дополнительного облучения от искусственных радионуклидов. Таким образом, имеет место сочетание действия ионизирующего излучения и нерадиационных факторов.

1.2 Нерадиационные факторы воздействия АЭС на окружающую среду

Тепловое загрязнение.

В атомных электростанциях, так же как и в тепловых, энергетический (пароводяной) цикл осуществляется по схеме: парогенератор-турбина-конденсатор-парогенератор. В конденсаторах происходит превращение отработавшего пара в воду, в результате чего возникает необходимость отвода большого количества тепла. Для рассеивания тепла, поступающего от электростанции, применяются прямоточные (при сбросе подогретой воды в реки или прибрежные участки морей и крупных водоемов) или оборотные системы водоснабжения (при использовании охлаждающей воды в прудах-охладителях и внутренних водоемах или испарительных башнях-градирнях). Для АЭС мощностью 1ГВт (эл) требуется в среднем 50м3/ с воды на охлаждение конденсаторов (при величине подогрева сбрасываемой воды 8-12С), что в 1,5 раза больше по сравнению с ГЭС той же мощности.

Тепловое воздействие хорошо прослеживается не только на замкнутых континентальных водоемах, но и на больших морских водоемах-охладителях. Примером может служить водоем-охладитель Ленинградской АЭС – Копорская губа Финского залива площадью 55 км2. Общий сброс подогретых вод с 4 блоков ЛАЭС достигает 200 м/с; количество тепла, поступающего от АЭС, сравнимо с поступлением его от Солнца в безледоставный период, что заметно меняет термический режим водоема. В зимние месяцы температура воды на водозаборе не снижается ниже ЗС, в сбросном канале – не менее 13-15С, в летние месяцы в отдельные годы температура сбросных вод достигает З5С. Система “водозабор – водосброс” создала условия для замкнутой циркуляции вод, при которой от 20 до 80% сбросных вод вовлекается вновь в заборные системы АЭС. При этом в водоеме образовалось тепловое пятно площадью 15-18 км2 с зонами различного подогрева.

Температура воды является важным абиотическим фактором среды, управляющим структурой и метаболизмом экосистемы. Сброс подогретых вод приводит к существенному изменению физико-химических свойств воды: плотности, вязкости, поверхностного натяжения, растворимости газов, давления водяного пара. Вследствие увеличения испарения происходит изменение водного баланса водоема-охладителя.

Важным следствием дополнительного теплового сброса для ряда водоемов является практически круглогодичная устойчивая плоскостная стратификация, из-за которой ухудшаются условия вертикального перемешивания вод и возникает дефицит кислорода в придонной области. Однако сброс подогретых вод не всегда приводит к ухудшению кислородного режима в толще воды из-за интенсивного аэрирования при водосбросе, что компенсирует эффект понижения растворимости и повышения потребления кислорода с увеличением температуры. Повышение температуры воды оказывает значительное воздействие на биологические процессы в водоеме: ускоряется разложение органических остатков, усиливается дыхание рыб, и других водных организмов – все эти процессы связаны с быстрым потреблением кислорода и созданием заморных зон в отдельных частях водоема. Повышенная температура стимулирует зарастание мелководных водоемов водной растительностью, могут также наблюдаться вспышки цветения водорослей.

Химическое загрязнение.

При эксплуатации АЭС в водоем-охладитель поступают химические загрязнители: смазочные материалы, тяжелые металлы (Са, Ni, Cr и другие продукты коррозии), детергенты, кислоты, щелочи, фосфаты и др. В водоем могут поступать также бытовые стоки от населенных пунктов, расположенных на берегу водоема-охладителя.

Важно отметить, что воздействие самой АЭС может быть весьма малым, однако находящиеся в регионе промышленные и сельскохозяйственные объекты обычно сбрасывают значительные количества биогенных элементов и токсикантов (металлов, нефтепродуктов, пестицидов и пр.). В сочетании с тепловым сбросом от АЭС это приводит к нарушению экологического равновесия, например, эвтрофикации.

Биологическое загрязнение.

Наиболее показательным индикатором изменения экосистемы водоема-охладителя АЭС при сочетании воздействия эвтрофирования и подогрева является фитопланктон – основной продуцент первичной продукции прибрежных вод.

Обширный материал систематических наблюдений за динамикой развития фитопланктона накоплен для водоема-охладителя ЛАЭС (определение видового состава и численности фитопланктона в прибрежной зоне водоема производилось круглогодично с дискретностью раз в 7-10 дней, начиная с 1978 г. по настоящее время.

В естественном состоянии Копорская губа характеризовалась как чистый, олиготрофный водоем. Численность водорослей была невысокой, преобладали представители диатомовых водорослей. Вегетационный сезон продолжался 7 месяцев – с апреля по октябрь. После ввода в эксплуатацию всех блоков АЭС (4 ГВт) цветение диатомовых водорослей стало наблюдаться только весной. Массовое развитие получили сине-зеленые водоросли, динамика которых характеризуется увеличением частоты и интенсивности вспышек цветения и сокращением периодов спада между ними. До 1980г. наибольшие летние показатели не превышали 10 млн.кл/л, а в 1980г.-20 млн.кл/л, а в теплом 1984г. были зарегистрированы значения численности более 100 млн.кл/л. С 1986 г. наблюдается непрерывная последовательная вегетация сине-зеленых водорослей с июня (сразу за цветением весеннего комплекса диатомовых и пиррофитовых водорослей) и по декабрь включительно. Наибольшее беспокойство вызывает интенсивное развитие сине-зеленых водорослей из родов Osci11atoria и Microcystis, прижизненные выделения и продукты распада которых оказывают токсичное действие на гидробионтов; сами водоросли являются несъедобными для большинства видов зоопланктона и рыб. Массовое размножение сине-зеленых водорослей в летнее время стало причиной биологического загрязнения прибрежной акватории. Высокое содержание в водах лабильного органическою вещества создало условия для развития микрофлоры, в том числе патогенных форм, так, в последние годы возросли концентрации бактерий кишечной группы. Водоем теряет рекреационное значение, падает его рыбохозяйственный статус, при этом сама Копорская губа становится источником эвтрофирования восточной части Финского залива. Водоем-охладитель перешел в устойчивое мезотрофное состояние с тенденцией перехода в эвтрофное. Эффект про хождения водных организмов через охладительную систему АЭС. Важным фактором воздействия на биотические сообщества водоемов является травмирование гидробионтов на водозаборных устройствах и при прохождении охладительной системы станции, в результате чего может происходить гибель планктона и молоди рыб, а в водоем попадает большое количество мертвой органики. При этом организм испытывает следующие воздействия: удары о заградительные решетки перед входом в насосы, что приводит к травмированию рыб (мелкие личинки рыб и планктон проходят через отверстия решеток); повышенное давление в насосах, накачивающих в станцию охлаждающую воду; биоцидное действие хлора, используемого на многих станциях для предотвращения обрастания конденсаторных трубок; механическое травмирование и термальный шок при прохождении организмов в течение непродолжительного времени через конденсаторные трубки, прохождение через водосбросный канал.

Важным критерием воздействия АЭС на ихтиофауну водоемов является оценка попадания рыб в водозаборные устройства. Смертельность молоди рыб при прохождении водозаборных устройств и трубопроводов охладительной системы может быть весьма значительной. Для морских прибрежных электростанций фактор травмирования рыб, вероятно, более существенен по сравнению с фактором термального сброса. По данным многолетних наблюдений, на водозаборных устройствах Ленинградской АЭС встречаются 40 видов из 52, обитающих в водоеме-охладителе. Большую часть особей, попадающих в борные устройства АЭС, составляют представители младших возрастных групп рыб. При этом гибнут практически все особи морских видов, таких как салака и корюшка, в то время как часть колюшек, защищенных костяными пластинками, выживает. Таким образом, происходит преимущественно е уменьшение численности ценных промысловых видов рыб. Средняя численность рыб, попадающих в течение года на водозаборные устройства первой очереди ЛАЭС, составляет около 465 млн. экземпляров при среднем расходе воды 70 м /с (до 100м /с при работе двух блоков РБМК-1000).

Сравнение АЭС и ТЭС по вкладу в загрязнение окружающей среды.

Ядерная энергетика, в отличие от энергетики на органическом топливе, не вызывает нарушения экологических циклов кислорода, углекислого газа, серы и азота. Это связано с тем, что “сжигание” ядерного топлива в реакторе происходит без участия окислителей, то есть не требует затрат кислорода. Сжигание же органического топлива требует затрат кислорода. В мире ежегодно сжигается 10 млрд. т условного топлива и потребляется около 35 млрд. т кислорода. Источниками кислорода на Земле являются леса и океан. Однако площади лесов постоянно сокращаются, а новые лесопосадки не компенсируют убыли. Компенсационные возможности океана по продуцированию кислорода также снижаются вследствие его интенсивного загрязнения. Поэтому опасение относительно исчерпания запасов кислорода вполне оправдано. Использование горючих ископаемых в качестве топлива также при водит к загрязнению атмосферного воздуха окислами серы и азота и другими продуктами сгорания, вызывает увеличения содержания двуокиси углерода в атмосфере. Химические отходы от предприятий ЯТЦ на несколько порядков меньше отходов от предприятий УТЦ. Таким образом, если иметь в виду химическое загрязнение атмосферы, ядерная энергетика является существенно более экологически чистой по сравнению с традиционной энергетикой.

Ядерная энергетика обладает рядом других преимуществ по сравнению с теплоэнергетикой; высокая калорийность ядерного топлива по сравнению с органическим обуславливает значительно меньший расход многих природных ресурсов в ЯТЦ по сравнению с теплоэнергетикой на органическом топливе (теплота сгорания ядерного топлива в 3000000 раз больше, чем условного органического топлива). Выработка энергии как в ЯТЦ, так и в УТЦ, требует нарушения значительных площадей (для размещения горнодобывающих предприятии, хранения отходов, складирования руды, размещения электростанций и.т.д.), но в ЯТЦ они в несколько раз меньше, чем в УТЦ.

Особо следует отметить, что транспортировка угля требует существенно большего отчуждения земельных площадей, чем транспортировка ядерного топлива. Достаточно сказать, что ТЭС мощностью 1ГВт потребляет в год более 1500 эшелонов угля, то есть 4-5 эшелонов в день, в то время как АЭС той же мощности – всего несколько вагонов за год. Уран, всегда содержащийся в угле в форме микропримесей, выносится с продуктами его сгорания и оседает на прилегающей территории. Сопоставление АЭС и угольной ТЭС одинаковой мощности показывает, что даже радиоактивные выбросы ТЭС в 5-10 раз больше, чем на АЭС. Так, угольная ТЭС мощностью 2,5 ГВт, работающая на угле, ежегодно выбрасывает до 0,1 Ки долгоживущих радиоактивных продуктов в виде аэрозольных частиц урана и газообразных продуктов распада радона. Таким образом, предприятия УТЦ являются одним из основных поставщиков в окружающую среду долгоживущих естественных радионуклидов.

Необходимо также отметить, что природное ископаемое топливо (уголь, газ, нефть), используемое для производства электроэнергии тепловой энергетикой, содержит от 1,5 до 4,5 процентов серы. Образующиеся при сгорании топлива оксиды серы, как правило, выбрасываются в атмосферу, где, вступая в контакт с атмосферной влагой, они образуют раствор серной кислоты. Далее раствор выпадает так называемых кислотных дождей, нанося огромный ущерб растительности и в особенности почве, так как такой дождь не только разрушает структуру почвы, но и значительно изменяет ее состав. Для его восстановления необходимы десятки и согни лет.

Одна ТЭС мощностью 1ГВт на угле с содержанием серы 3,5%, не смотря на применение систем очистки, выбрасывает в атмосферу 140 тыс. т сернистого ангидрида в год, из которого затем образуется около 280 тыс. т серной кислоты.

Ядерная энергетика, как известно, для производства энергии не использует органическое топливо и, следовательно, не принимает участия в образовании кислотных дождей.