UNIVERZITET U BEOGRADU

FIZIČKI FAKULTET

Studijski program: Opšta fizikaPredmet: Fizika ekologije

Student:

Tanja Despotović, 1166/2014

Nuklearna postrojenja i opasnost po čoveka i okolinu

(Seminarski rad)

Beograd, 2015. godina

Sadržaj

1. Uvod......................................................................................................2

2. Opasnosti vezane za nuklearnu energiju..............................................4

3. Nuklearni otpad.....................................................................................7

4. Radijacaija i bezbednosni sistemi nuklearnih reaktora.........................9

5. Zaključak...............................................................................................11

6. Literatura..............................................................................................12

1

1. UVOD

Normalno funkcionisanje nuklearnih elektrana ne proizvodi direktno zagađenje životne sredine. Međutim, problemi nastaju kod skladištenja i odlaganja radioaktivnog otpada. Takođe, opasnost od havarija poput one u Černobilu, koje imaju za posledicu ekološku katastrofu ogromnih razmera, stvaraju strah koji je uvek prisutan kod građana i ovakav način proizvodnje energije čini krajne nepopularnim u javnosti.

Slika 1 – Nuklearno postrojenje s četri tornja za kondenzaciju pregrijane pare

Pored odlaganja radioaktivnog otpada za koje još ne postoji potpuno adekvatno rešenje, veliki problem su i sami nuklearni reaktori čiji je vek upotrebe ograničen.

U Europskoj uniji je aktivno 68 nuklearnih elektrana, koje sa svojih 134 reaktora proizvode struju. Te elektrane su smještene u 14 od 27 zemalja članica, a jedna od njih je smještena i u Sloveniji - nuklearna elektrana Krško.

2

Negativne strane nuklearnih postrojenja:

Kvarovi u nuklearnim elektranama dovode do emisija radionuklida; Tornjevi sistema za hlađenje imaju mikroklimatski uticaj; Rad nuklearnih elektrana uzrokuje povećanje temperature vode u basenima u koje

se ispušta voda iz rashladnih sistema; Kvarovi dovode do ispuštanja radioaktivnog materijala koji kontaminira vodu; Rudnici uranijuma kontaminiraju podzemne vode; Voda kao krajnji element procesa rudničke eksploatacije urana sadrži toksične

metale i radioaktivan otpad; Zagađenje zemljišta se može desiti u postupku dekontaminacije i „gašenju“ nuklearki; Nakon kvara na nuklearnim elektranama, polutanti iz vazduha dovde do

kontaminacije zemljišta; Neodgovarajuće skladištenje nuklearnog otpada dovodi do zagađenja zemljišta; Nesreće u nuklearkama kontaminiraju vazduh, vodu i zemljište, i kao sekundarnu

posledicu imaju negativan uticaj na genetski strukturu organizama i njihove reproduktivne sposobnosti;

Tornjevi sistema za hlađenje i mreže kablova imaju loš uticaj na vizuelni doživljaj pejzaža;

3

2.OPASNOSTI VEZANE ZA NUKLEARNU ENERGIJU

Postoje dva razloga strahovanja javnosti od primene nuklearne energije u elektrosistemima širom sveta a to su upravo dve njene najbitnije karakteristike. Prva je visok nivo radioaktivnosti prisutan u pojedinim fazama nuklearnog ciklusa, uključujući i odlaganje nuklearnog otpada. Druga karakteristika nuklearne energije koja zabrinjava građanstvo je činjenica da se uranijum-235 i plutonijum-239 koriste ne samo kao gorivo u nuklearnim reaktorima elektrana već i kao neophodan materijal za proizvodnju nuklearnog naoružanja.

U SAD i razvijenim zemljama Evrope pojavile su se mnoge grupe koje su se protivile korišćenju nuklearne energije. Pored toga, visoki troškovi izgradnje, stroga građevinska i operativna regulativa kao i visoki troškovi odlaganja nuklearnog otpada učinili su nuklearke znatno skupljim u odnosu na elektrane koje za rad koriste fosilna goriva. U nekim industrijalizovanim zemljama, nuklearna energetika se našla pod velikim pritiskom smanjenja operativnih troškova i uvećanja cenovne konkurentnosti. Pored toga, neke zemlje su počele da rade na postepenom zatvaranju svih postojećih nuklearnih elektrana.

Najpoznatija nuklearna katastrofa je Černobilska. Černobil je sinonim katastrofe radi eksplozije unutar nuklearnog reaktora koja je prouzrokovala najveću nuklearnu katastrofu u istoriji. Iz te katastrofe svijet je na najsuroviji

Jedan od najpoznatijih simbola uništenja okoliša koje je izazvala černobilska  katastrofa jesu tzv. crvene šume. Naziv se odnosi na drveće koje se posušilo nakon upijanja velike doze zračenja nakon nesreće u krugu 10-ak kilometara oko elektrane. Dio šume je, u čišćenu posljedica nesreće, srušen i zakopan zajedno s nuklearnim otpadom. Teško oštećena stabla već godinama pokazuju znakove oporavka. Međutim novoizrasla stabla pokazuju mnoštvo deformacija u rastu i razvoju, kao posljedicu ozračenosti. Posebnu vrstu opasnosti predstavljaju šumski požari. Kako je bilje upilo mnoštvo radioaktivnih izotopa, požarima se oni oslobađaju u dim u vjetrom raznose u nove krajeve.

4

Slika 2 -Reaktor černobilske elektrane nakon eksplozije. Oblak radioaktivnih čestica oslobođenih eksplozijom pomoću zračnih struja proširio se Europom. Izvor: ArkiBlog

Černobilska nuklearna katastrofa najgora je nuklearna katastrofa u ljudskoj povijesti koja je pozitivno osvijestila svjetsku javnost oko potencijala opasnosti koju u sebi nosi nuklearna energija. Ova nuklearna katastrofa pokazala je kako skupe mogu biti greške prilikom rada sa nuklearnim reaktorima i nagnala Vlade država koje koriste nuklearne elektrane da traže nove i sigurnije vrste nuklearnih reaktora te da postave na najviši mogući stupanj sigurnosne mjere oko postupanja u nuklearnim elektranama. O tome je li katastrofa nastala zbog lošeg i neiskusnog osoblja ili zbog lošeg dizajna još se uvijek vodi debate, iako su vjerojatno oba ta uzroka pridonijela nuklearnoj katastrofi. 29 ljudi umrlo je od posljedica izlaganju radioaktivnim tvarima nedugo nakon eksplozije, a UN pretpostavlja kako će od posljedica kontaminiranosti okolnih područja umrijeti još nekoliko tisuća ljudi.

5

Slika 3 - Zarasli kotač lunaparka u Prypjatu postao je jednim od simbola černobilske nesreće. Prazna klupa ispred

slikoviti je prikaz ispraznosti i sablasnosti napuštenog grada. Izvor: Lightstalkers

6

3. NUKLEARNI OTPAD

Poslednja faza nuklearnog ciklusa, odlaganje nuklearnog otpada, bilo je i ostalo najkontroverznije pitanje. Suštinski problem ovde ne predstavlja trenutna opasnost već opasnost po buduće generacije. Nuklearni otpad uglavnom ostaje radioaktivan hiljadama godina, duže od bilo koje ljudske institucije.

Slika 4 – Odlagalište nuklearnog otpada

Tehnologija skladištenja nuklearnog otpada sa ciljem smanjenja opasnosti od zračenja je relativno jednostavna. Problem leži u adekvatnom uverenju da su buduće generacije zaštićene od štetnih posledica i donošenju političkih odluka kako i gde izvršiti odlaganje nuklearnog otpada. Trajno ali potencijalno povratno skladištenje u dubokim i stabilnim geološkim formacijama čini se kao najbolje rešenje. 1988. godine vlada SAD je izabrala jedan planinski deo pustinje Nevada sa debelim slojem vulkanskih stena kao prvo trajno podzemno skladište nuklearnog otpada u Americi, gde će moći da se deponuje preko 36 290 metričkih tona nuklearnog otpada. Međutim, vladine studije vezane za ovaj program su prolongirane usled protivljenja građana Nevade i nepouzdanih podataka o bezbednosti ovog podzemnog skladišta u slučaju jakih zemljotresa ili drugih opasnosti. Tako je, na primer, geološka studija Departmana za Energiju pronašla vodu u nekoliko uzoraka minerala uzetih na planinskom vencu Juka u blizini lokacije skladišta. Prisustvo vode u ovim uzorcima sugeriše da se voda prvobitno podigla u više nivoe kroz pukotine u zemlji a onda povukla u dublje slojeve. Obzirom da bi ovakva pojava mogla da ugrozi bezbednost ovog podzemnog

7

skladišta za nuklearni otpad, nadležne institucije su uložile značajna finansijska sredstva u proučavanje ovog fenomena.

Dve milijarde dolara je uloženo u izgradnju podzemnog skladišta u dubokim slanim kavernama pored grada Karlsbad u američkoj saveznoj državi Novi Meksiko, dizajniranog za skladištenje radioaktivnog otpada nastalog proizvodnjom nuklearnog oružja tokom Hladnog Rata. Ovo skladište koje se nalazi na dubini od 655 metara, trebalo bi da se polako urušava i tako potpuno zatrpa otpad kontaminiran plutonijumom u dubokim slojevima soli. Iako se počelo sa odlaganjem radioaktivnog otpada u ovo skladište već od aprila 1999. godine, stanovništvo i ekolozi planiraju podizanje tužbe radi zatvaranja podzemnog skladišta Karlsbad.

8

4. RADIJACAIJA I BEZBEDNOSNI SISTEMI NUKLEARNIH REAKTORA

Radioaktivni materijali emituju prodorno jonizujuće zračenje koje oštećuje živo tkivo. Uobičajena merna jedinica za izražavanje ekvivalenta doze radijacije koja deluje na čoveka je sivert (U SAD se i dalje u ove svrhe koristi rem – jedan rem jednak je 0.01 siverta).

Merenjem je utvrđeno da je svaki građanin SAD i Kanade pojedinačno izložen godišnjoj dozi zračenja od oko 0.003 siverta usled zračenja iz prirodnih izvora. Izlaganje dozi od pet siverta bilo bi najverovatnije fatalno za pojedinca. Stanovništvo izloženo nižim nivoima radijacije može da ima jedan slučaj raka na svakih 10 siverta ukupne ekvivalentne doze.

Radiološke opasnosti mogu nastati u mnogim fazama nuklearnog ciklusa. Na primer, radioaktivni radon je bezbojni gas koji nastaje raspadanjem uranijuma. Usled toga, radon je najčešći polutant vazduha u podzemnim rudnicima uranijuma. Rudna eksploatacija i proces mlevenja rude stvaraju velike količine otpada na površini koji još sadrže manje koncentracije uranijuma. U cilju prevencije oslobađanja radioaktivnog radona i njegovog dospevanja u vazduh, ovaj otpad se mora skladištiti u vodootpornim basenima i pokriti debelim slojem zemlje.

Obogaćivanje uranijuma i pogoni za fabrikaciju nuklearnog goriva sadrže velike količine troprocentnog uranijuma-235, u formi korozivnog gasa uranijum-heksafluorida UF6. Radiološka opasnost je međutim mala, tako da su uobičajene mere zaštite na radu i prisebnost zaposlenih u rukovanju hemijski opasnim sredstvima sasvim dovoljni za potpunu sigurnost.

Sigurnost nuklearnih reaktora je sama po sebi postala predmet izuzetno velike pažnje. U aktivnom nuklearnom reaktoru, gorivni elementi sadrže najveći deo ukupnog radioaktivnog sadržaja. Veliki broj barijera sprečava proizvode fisije da u toku normalnih operativnih procedura dospeju u vazduh: gorivo je “ušuškano” u cevi otporne na koroziju, teški čelični zidovi primarnih rashladnih sistema reaktora formiraju još jednu barijeru a sama voda iz rashladnog sistema apsorbuje neke od biološki bitnih radioaktivnih izotopa kao što je jodin. Čelični i betonski elementi konstrukcije objekta u kome je smešten nuklearni reaktor predstavljaju zadnju barijeru radioaktivnim materijalima.

Slika 5 - Nuklearni Reaktor - Šema

Tokom rada nuklearnog reaktora dolazi do neizbežnog ispuštanja nekih radioaktivnih jedinjenja  Ukupna izloženost stanovništva koje živi u blizini nuklearki je po pravilu svega nekoliko procenata od količine radioaktivnog zračenja iz prirodnih izvora. Glavnu brigu međutim predstavljaju ispuštanja radioaktivnog materijala usled havarija u kojima dolazi do

9

kvara na sigurnosnim uređajima i oticanja goriva. Glavna opasnost po integritet nuklearnog goriva je havarijski gubitak rashladne tečnosti što čak može da dovede i do topljenja nuklearnog goriva. Fisioni proizvodi dospevaju u rashladnu tečnost, tako da ukoliko je došlo do probijanja rashladnog sistema mogu da uzrokuju opasno radioaktivno zračenje u samom bloku elektrane.

Sistemi nuklearnih reaktora oslanjaju se na elaborisani instrumentarijum za praćenje njihovog stanja i kontrolu bezbednosnih sistema koji se koriste za gašenje reaktora u vanrednim okolnostima. Rezervni sigurnosni sistemi koji ubrizgavaju bor u rashladnu tečnost radi apsorbcije neutrona i zaustavljanja lančane reakcije u cilju bezbednog gašenja reaktora su sastavni deo projektnog dizajna svake nuklearne elektrane. Reaktorska postrojenja sa “lakom vodom” rade pod velikim pritiskom vode za hlađenje. U slučaju ozbiljnijih pucanja cevovoda, veći deo rashladne tečnosti se pretvara u paru čime se ugrožava hlađenje jezgra. Da bi se sprečilo potpuno zaustavljanje hlađenja jezgra reaktora postoji i pomoćni sistem za hlađenje jezgra koji počinje sa radom automatski sa otkazom primarnog rashladnog sistema. U slučaju da para iz naprslog cevovoda rashladnog sistema dospe u objekat sa reaktorom, rashladni raspršivači se uključuju radi kondenzacije pare i sprečavanja opasnog povećanja pritiska u zgradi.

Slika 6 - Uticaj radijacije na čoveka u odnosu na količinu milisiverta

10

5. ZAKLJUČAK

Budući da sa rastom stanovništva raste i potreba za energijom, tako raste i potreba za ovim vidom energije koji za razliku od tradicionalnih neobnovljivih izvora gotovo da i ne ispušta opasne staklene gasove. Novo konstruirane nuklearne elektrane pokazale su se vrlo pouzdanima i sigurnima te što je najvažnije i ekološki prihvatljivima, ali uvijek kao jedan od najvećih grešaka u sistemu se javlja ljudski faktor i prirodne katastrofe na koje ne možemo uticati, kao što smo vidjeli iz primera katastrofe u japanskom nuklearnom postrojenju Fukushima. Njemačka ima 17 reaktora. Rottgen je rekao da osam najstarijih, koji su prestali s radom iz sigurnosnih razloga nakon nesreće u japanskoj Fukushimi, neće više biti pokrenuto. Šest drugih reaktora prestat će s radom do 2021. godine, a preostale tri najmlađe njemačke nuklearke zaustavit će se godinu kasnije. Iz toga se vidi da se napredne zemlje okreću ka obnoviljivim izvorima energije i manjoj potrošnji trenutne i većoj energetskoj efikasnosti.

Nuklearna energija je najvjerovatnije energija budućnosti s obzirom na ograničenu količinu fosilnih goriva, ali trenutno ne bi trebala da budu u pogonu u narednom dužem periodu. To ne znači da treba totalno odustati od nuklearnih postrojenja, već s napretkom tehnologije, materijala i kontrolom velikih sistema, koji ne bi zavisili od ljudskog faktora, uporedno razvijati i ispitivati za buduća moguća postrojenja koja bi bila daleko manje opasna od današnjih.

11

6. LITERATURA

1) http://ekospark.com/info_portal/05_energija/01/energija_vesti_01.html 2) http://www.dw.de/koliko-su-opasne-europske-nuklearne-elektrane/a-16277853 3) http://www.zvjezdarnica.com/znanost/nas-planet/otkrivanje-tajni-cernobila-ii-dio-

posljedice-nesrece/4094) http://hr.wikipedia.org/wiki/Utjecaj_nuklearne_energije_na_okoli%C5%A1

12