Радиоизотопы в сельском хозяйстве

С помощью ядерных излучений специалисты научились вызывать мутации в растительном и животном мире и даже изменять генетический код, что позволяет выводить высокопородные виды животных и повышать урожайность многих сортов растений. Обработка овощей, фруктов, ягод гамма-лучами значительно увеличивает срок хранения этих продуктов, а семенной фонд освобождается от многих заболеваний и в первую очередь от фитофторы. В некоторых регионах США для борьбы с врагами животноводства - мухами стерилизуют самцов острой дозой облучения.

Радиоизотопы в науке.

Радионуклиды довольно легко определяются гамма-спектрометрами по энергии излучаемых ими гамма-квантов. Благодаря этому свойству их используют при слежении за ходом химических, физических и технологических процессов. Для этого к стабильным изотопам, участвующим в экспериментах, добавляют небольшое количество радионуклидов этих же или других элементов, которые в данном случае называют мечеными атомами. С помощью таких радиоактивных индикаторов можно проследить весь путь, который проделывает вещество в исследуемой системе, определить с какой скоростью оно движется и решить многие другие задачи.

Метод меченых атомов широко применяют в биологии. Любое радиоактивное вещество, попавшее в среду обитания, рано или поздно поступает в тот или иной организм, в том числе в тело человека. Большие дозы, получаемые организмом за короткое время, (минуты и часы), называют острыми дозами, которые опасны. В противоположность им существуют хронические дозы, которые организм может выдержать длительное время и даже в течение всей жизни. Такие малые дозы и используют в качестве радиоактивных меток. Они позволяют прослеживать движение различных элементов в растительных и животных организмах, картировать площади распространения популяций животных, пути их перемещения, а также изучать пищевые цепи.

При выборе радионуклидов для меток обычно избегают изотопов с очень большими периодами полураспада во избежание загрязнения окружающей среды, научных приборов и установок.

 

Атомная энергетика.

При создании и эксплуатации первых ядерных реакторов, предназначенных для наработки оружейного плутония, стало ясно, что огромное количество тепла, которое выделяется при делении ядер урана-235, можно и нужно использовать. Поскольку задачей первых реакторов было получение плутония, реактор просто охлаждали, отводя тепло в водоемы. Идея использовать это тепло для выработки электроэнергии положила начало принципиально другому, мирному использованию явления деления ядер - атомной энергетике, которую иногда называют «дочерью уранового проекта.

Атомная электростанция - это предприятие, которое в промышленных масштабах организует преобразование энергии деления атомного ядра в электрическую энергию.

Атомные электростанции отличаются по типу используемого реактора и по мощности. Мощность электростанции - это то количество электроэнергии, которое она способна вырабатывать в единицу времени. Для обозначения электрической мощности используется кВт (киловатт, тысяча ватт), МВт (мегаватт, миллион ватт) или ГВт (ги-гаватт, миллиард ватт). Соответственно, количество вырабатываемой электроэнергии измеряется в кВт-ч (киловатт-час), МВт-ч (мегаватт-час), ГВт-ч (гигаватт-час) или ГВт-сут (гигаватт-сутки), ГВт-год (гигаватт-год). Мощность АЭС складывается из мощности энергоблоков, каждый из которых включает собственно реактор, сопутствующее оборудование и сооружения. Обычно в состав АЭС входят 3-5 блоков. Максимальная мощность энергоблока, на которой он может нормально работать, на которую он рассчитан по проекту, называется установленной мощностью (этот термин используется для описания любых энергетических установок). Это его рабочая, нормальная мощность.

Первая в мире АЭС была введена в эксплуатацию в России 27 июля 1954 года (г. Обнинск). Ее электрическая мощность составляла 5 МВт (5 000 000 Вт). То есть она могла питать, например, более 160 000 лампочек по 30 Вт. С тех пор атомной энергетикой был проделан огромный путь. Мощность современных АЭС на три порядка больше, и они снабжают электроэнергией огромные регионы и мегаполисы.

Сейчас доля ядерной энергии составляет около 6% от общего производства энергии (то есть энергии любого вида, а не только электрической) и около 20% от производства электроэнергии в мире. В промышленно развитых странах атомная энергия занимает весьма существенные позиции, например, в странах Европейского Союза (ЕС) доля атомной электроэнергии составляет 35%.

В настоящее время атомная энергетика представлена 438 реакторами в 31 стране мира общей электрической мощностью 355 ГВт.

Атомная энергетика России

К 1 января 2004 года в России действало 30 ядерных энергетических реакторов, расположенных на девяти АЭС. Их действующая электрическая мощность 21242 МВт. Выработка электроэнергии на АЭС в 1995-2002 годах росла от 100 до 140 миллиардов кВт-ч в год. Половина прироста потребления электроэнергии в России с 1999 года обеспечивалась атомными электростанциями. Доля атомной электроэнергии при этом:

- в России в целом - 15-16%;

- в Европейской части (без Урала) - 31%;

- в энергозоне Северо-Запада - 39-41%;

- в энергозоне Средней Волги - 29%;

- на Федеральном оптовом рынке энергии и мощности (ФОРЭМ)-41%.

В центре страны (включая Москву) вклад АЭС в потребление электроэнергии составляет 25-28%, на северо-западе Центрального района - 50%, в Центрально-Черноземном районе - 80%.

Главное преимущество — практическая независимость от источников топлива из-за небольшого объёма используемого топлива, например 54 тепловыделяющих сборки общей массой 41 тонна на один энергоблок с реактором ВВЭР-1000 в 1-1,5 года (для сравнения, одна только Троицкая ГРЭС мощностью 2000 МВт сжигает за сутки два железнодорожных состава угля). Расходы на перевозку ядерного топлива в отличие от традиционного, ничтожны. В России это особенно важно в европейской части, так как доставка угля из Сибири слишком дорога.

Огромным преимуществом АЭС является её относительная экологическая чистота. На ТЭС суммарные годовые выбросы вредных веществ, в которые входят сернистый газ, оксиды азота, оксиды углерода, углеводороды, альдегиды и золовая пыль, на 1000 МВт установленной мощности составляют от примерно 13 000 тонн в год на газовых до 165 000 на пылеугольных ТЭС. Подобные выбросы на АЭС полностью отсутствуют. ТЭС мощностью 1000 МВт потребляет 8 миллионов тонн кислорода в год для окисления топлива, АЭС же не потребляют кислорода вообще. Кроме того, больший удельный (на единицу произведенной электроэнергии) выброс радиоактивных веществ даёт угольная станция. В угле всегда содержатся природные радиоактивные вещества, при сжигании угля они практически полностью попадают во внешнюю среду. При этом удельная активность выбросов ТЭС в несколько раз выше, чем для АЭС. Единственный фактор, в котором АЭС уступают в экологическом плане традиционным КЭС — тепловое загрязнение, вызванное большими расходами технической воды для охлаждения конденсаторов турбин, которое у АЭС несколько выше из-за более низкого КПД (не более 35%), однако этот фактор важен для водных экосистем, а современные АЭС в основном имеют собственные искусственно созданные водохранилища-охладители или вовсе охлаждаются градирнями. Также некоторые АЭС отводят часть тепла на нужды отопления и горячего водоснабжения городов, что снижает непродуктивные тепловые потери, существуют действующие и перспективные проекты по использованию «лишнего» тепла в энергобиологических комплексах (рыбоводство, выращивание устриц, обогрев теплиц и пр.).

Для большинства стран, в том числе и России, производство электроэнергии на АЭС не дороже, чем на пылеугольных и тем более газомазутных ТЭС. Особенно заметно преимущество АЭС в стоимости производимой электроэнергии во время так называемых энергетических кризисов, начавшихся с начала 70-х годов. Падение цен на нефть автоматически снижает конкурентоспособность АЭС.

Затраты на строительство АЭС находятся примерно на таком же уровне, как и строительство ТЭС, или несколько выше.

Главный недостаток АЭС — тяжелые последствия аварий, для исключения которых АЭС оборудуются сложнейшими системами безопасности с многократными запасами и резервированием, обеспечивающими исключение расплавления активной зоны даже в случае максимальной проектной аварии (местный полный поперечный разрыв трубопровода циркуляционного контура реактора).

Серьёзной проблемой для АЭС является их ликвидация после выработки ресурса, по оценкам она может составить до 20% от стоимости их строительства.