Перспективные концепции ядерных технологий

3. Перспективные концепции ядерных технологий

Ядерная энергетика

Для массового внедрения ядерной энергетики необходимо разработать новое поколение АЭС, которое бы полностью исключало попадание радионуклидов в окружающую среду при любых авариях на энергоблоке. В основу положен многобарьерный принцип удержания радионуклидов в случае аварии. Первый барьер - сама таблетка диоксида урана. Большая часть продуктов распада удерживается в самой таблетке. Второй барьер - герметичная оболочка тепловыделяющих элементов, которая удерживает даже газообразные радионуклиды. Третий барьер - плотно-прочные корпус реактора и трубопроводы первого контура, которые удерживают радионуклиды в случае разгерметизации оболочки твэлов. Четвертый барьер - массивная, прочная герметичная оболочка, окружающая водо-водяные реакторы или здание реактора.

Приоритетными направлениями перспективных АЭС является создание такой системы безопасности, которая практически полностью исключала бы влияние обслуживающего персонала на ход остановки и расхолаживания реактора в случае аварии. Такой подход позволит в перспективе иметь реактор с внутренне присущей безопасностью. В наибольшей степени в настоящее время этому принципу соответствует проект атомной станции теплоснабжения, принципиальная схема имеет шесть защитных барьеров) которой представлена на рис. 9. Атомная станция теплоснабжения проектировалась для строительства в непосредственной близости к крупным городам. Поэтому ACT удовлетворяет наиболее строгим требованиям по обеспечению безопасной работы энергоблока.

Окончательное удаление радиоактивных отходов

Хранилище для окончательного удаления РАО часто называют могильником. Хотя такое хранилище непременно должно содержать средства контроля за миграцией радионуклидов, а также технические барьеры для препятствий этой миграции. Конструкция хранилища и его расположение различны для разных категорий отходов. Для низкоактивных отходов можно строить приповерхностные и наземные сооружения; для среднеактивных предлагается строительство подземных специальных хранилищ; для высокоактивных предполагается их удаление в глубокие геологические формации, возраст которых составляет сотни миллионов лет.

4. Вторичная переработка и уничтожение продуктов оборонной промышленности. Конверсионные технологии

Ядерное оружие - переработка плутония оружейного качества

Разработан простой технологический процесс перевода плутония оружейного качества в смешанное уран-плутониевое топливо ядерных реакторов типа БН и ВВЭР, основанный на использовании пирохимических процессов в расплавленных солевых системах.

Особенности технологии:

-  высокая скорость растворения плутония;

-  минимум химических операций по очистке и конверсии плутония в оксидное топливо;

-  компактность оборудования;

-  минимум радиактивных отходов;

-  возможность получения различных видов топлива:

гранулят - для виброуплотненных твэлов; мелкодисперсный порошок - для изготовления таблеток.

Химическое оружие

В соответствии с Конвенцией о запрещении разработки, производства, накопления ХО и его уничтожения прелагаются десятки отечественных и зарубежных технологий вторичной переработки и уничтожения основных отравляющих веществ, среди которых особое место в связи с их высокой токсичностью занимают кожно-нарывные и нервно-паралитические ОВ. Наиболее сложным в технологическом оформлении является уничтожение ОВ в боевых оболочках.

В США используют два метода уничтожения: химическая нейтрализация и высокотемпературное сжигание. В основу этих технологий заложены следующие методы уничтожения ХО: термические -пиролиз и сжигание; химический и электрохимический; плазменный; лазерный; криогенный; биологическая детоксикация и уничтожение ядерным взрывом. Пример реализации одного из методов представлен на р и с. 12.

Всесторонний анализ рассмотренных методов уничтожения ХО позволил американским специалистам выбрать в качестве базового метода прямое сжигание ОВ в специальных печах при высоких температурах. Этот метод прошел экспериментальную проверку и был реализован на установке JASADS.

В РФ разработан и экспериментально подтвержден способ взаимоутилизации ОВ типа люизит и отвального гексафторида урана - отхода атомной промышленности.

Производство порохов

Конверсия пороховых заводов осуществляется по двум направлениям

1.  Продолжение выпуска порохов в мирных целях для различных отраслей промышленности.

2.  Организация на базе пороховых заводов выпуска товаров народного потребления.

Вторичное использование баллиститного пороха основано на том, что он является конденсированным источником энергии, которая может быть выделена в следующих трех режимах: горения, детонации и газификации.

Режим горения используется для изготовления зарядов двигателей ракет широкого назначения, фейерверков, МГД-генераторов и др.

Режим детонации - взрыв может совершать как разрушительную, так и созидательную работу.

Режим газификации обеспечивает управляемую генерацию газов по требуемому режиму.

Выпуск гражданской продукции на базе вторичного использования баллиститного пороха позволяет:

-  использовать пороха для добычи нефти, в геологии, для горных и других работ;

-  осуществлять поиск полезных ископаемых методом сейсмоэффекта;

-  применять пороховые аккумуляторы давления и газогенераторы давления в установках для тушения пожаров;

-  использовать пороха для импульсной обработки металлов; резки громоздких металлоконструкций; упрочнения материалов направленным взрывом и др.

-  применять пороха для синтеза алмазов, корунда, нитрида бора и других сверхтвердых материалов.

-  использовать пороха в системах для борьбы с градом, громом, дождем и повышения ресурсов водообеспечения засушливых районов, а также в качестве зарядов для метеорологических и геофизических ракет типа «Алазань», «Кристалл» и др.

Основные направления конверсионных технологий:

1.  Производство различного вида лакокрасочной продукции, основанной на использовании в качестве сырья нитроклетчатки и, в первую очередь, коллоксилина.

2.  Выпуск различных декоративно-отделочных материалов, например, линолеума на основе нитроклетчатки или поливинилхлорида.

3.  Производство клеящих, чистящих и моющих веществ.

4.  Производство медицинских, парфюмерно-косметических препаратов и др.

Характерной особенностью новых разработок является их реализация на основе двойных, наукоемких и автоматизированных технологий, что должно явиться гарантом конкурентоспособности, постоянного спроса и экологической чистоты изделий.

5. Оригинальные технологии снижения акустического загрязнения окружающей среды

В РФ разработаны и действуют 80 стандартов, устанавливающих требования к нормированию, измерению и снижению шума. Человек подвергается действию повышенного шума чаще всего на транспортных средствах, в жилой застройке и на рабочих местах.

Современная виброакустика предлагает следующие средства защиты от шума:

-  Улучшение качества воспринимаемого звука - методика базируется на понимании, что шум разного частотного состава, но одинаковый по уровню звука, воспринимается по-разному. Психоакустиками доказано, что разница в восприятии может достигать 10-14 ДВА.

-  Активная шумозащита, принцип которой основан на интерференции звуковых волн при их наложении. Эта мера осуществляется путем генерирования звуковой энергии дополнительным источником.

В развитых странах выпуск специальных устройств активной шумозащиты налажен в широких масштабах. Анализ приведенных данных показывает, что активная шумозащита обеспечивает снижение УЗД на 7-15 дБ на низких частотах. Это большое преимущество активной шумозащиты, так как так называемая пассивная шумозащита наименее эффективна именно на низких частотах. Наиболее эффективно применение активных средств в совокупности с пассивными.

6. Решение проблемы электромагнитной безопасности населения

Линии электропередач

Для защиты населения вдоль ЛЭП устанавливаются санитарно-защит-ные зоны, в пределах которых запрещается строить жилые и общественные здания. Границы таких зон вдоль трассы ЛЭП с горизонтальным расположением проводов и без средств снижения поля устанавливаются на следующих расстояниях от проекции на землю крайних фазных проводов в направлении, перпендикулярном к ЛЭП напряжением:

-  330 кВ 20 м

-  500 кВ 30 м

-  650 кВ 40 м

-  1150 кВ 55 м

Радиопередающие устройства

Границы санитарно-защитных зон вблизи излучающих систем определяются в зависимости от частоты и мощности излучения.

Мониторы с электронно-лучевыми трубками персональных ЭВМ

ЭЛТ являются источниками ЭМИ весьма широкого диапазона частот. Порождаемое ЭЛТ низкочастотное, высокочастотное, инфракрасное, видимое световое, ультрафиолетовое и рентгеновское излучения требуют специального анализа и специфических экозащитных мероприятий. Основными источниками ЭМП в НЧ и ВЧ диапазонах являются экран монитора, питающие провода и системный блок.

Излучение монитора должно укладываться в нормы ГОСТ Р 50949-96 и СанПиН № 2.2.2.542-96, которые в основном соответствуют известному шведскому стандарту безопасности MPR II, принятому в конце 1990 г. Данный стандарт разработан на принципе ALARA, и учитывает комплексное воздействие на оператора многих психофизиологических и физических факторов, включая ЭМП естественного происхождения. Мониторы ведущих стран с маркировкой «Low Radiation» оснащены встроенными средствами защиты и в полной мере отвечают требованиям Международной организации по стандартизации ISO. Новым направлением является применение металлизированных покрытий, экранизирующих волокон, наносимых изнутри на стенки корпуса монитора, а также специальный состав стекла, из которого сделан экран ЭЛТ. Данные технические решения снижают уровень электростатического поля в 10-100 раз, а переменных электрических и магнитных полей - в 2-5 раз по сравнению с незащищенными моделями мониторов.

Дополнительным мероприятием остается использование экранных фильтров. Наивысшую степень защиты обеспечивают следующие фильтры:

Эргостар, Polaroid, CP-Workstation, АЗФ-1 «Эргон», «Русский щит».

ПК с жидкокристаллическим экраном не имеют источников мощного излучения ЭМП и при работе от аккумуляторов практически безопасны. При работе от сети блок питания необходимо размещать не менее 1,2 м от пользователя.