РАДИОАКТИВНИ ВЕЩЕСТВА В РЕАКТОРА
При нормална експлоатация атомните електроцентрали са екологично дори по-„чисти” от въглищните. Обикновено радиационният фон е леко повишен само в близост до станцията. Всички радиоактивни вещества остават в активната зона и едва когато уплътнителните обвивки се разрушат, те се разпространяват в околната среда.
Както се вижда на фиг. 20, повечето изотопи с номера от 80 до 105 (първи пик) и от 130 до 150 (втори пик) се образуват от фрагменти от ядрено делене. Сред тях са повечето с кратък период на полуразпад, но има и относително дълготрайни - стронций-90, цезий-137 и др.
По време на експлозия на ядрено устройство разпределението на фрагментите на делене съответства на показаното на фигурата. Друго нещо е в ядрения реактор. В затвореното пространство на активната зона непрекъснато образуваните краткотрайни изотопи се разпадат едновременно. В същото време се натрупват изотопи с дълъг период на полуразпад. И колкото по-дълго "изгаря" ядреното гориво, толкова повече радиоактивната смес се обогатява с дългоживеещи радиоизотопи. Според изотопния състав на радиоактивните отпадъци може да се определи техният източник. Именно по този начин в Швеция се разбра за аварията в Чернобилската атомна електроцентрала, която радиоактивният облак достигна за ден.
Сред множеството радиоактивни фрагменти в активната зона се образуват различни изотопи на йода, тъй като техните маси съвпадат с втория пик на разпределението на фрагментите на делене. Йодът е много опасен и много активен химичен елемент. Ако изтече, се включва във всички биосферни процеси. Особено опасно е изтичането в околната среда на йод-131 с период на полуразпад 8,05 дни. B начален период на аварията! именно този радиоизотоп определя радиобиологичната обстановка в засегнатия район.
Друг изотоп на йода се разпада собразование! радиоактивен ксенон:
Йод-135 Асенон-135à Цезий-135
Така че в реактора има натрупване на радиоактивни благородни газове, които в случай на авария първи влизат в околната среда (ксенон, криптон).
Ксенон-135, подобно на бора, силно абсорбира неутрони. Ядрото е изчислено по такъв начин, че поглъщането от ксенон се компенсира от излишък на неутрони във верижен процес. Но ако реакторът бъде спрян, поради разпадането на йод-135, ксенонът продължава да се натрупва. В крайна сметка се образува толкова много, че е трудно реакторът да се стартира отново: трябва или да се изчака, докато основното H поле на ксенон-135 се разпадне (2-3 дни), или да се премине към опасен суперкритичен режим с голям излишък от неутрони. Една от грешките на персонала на Чернобил е опитът за връщане на реактора в работен режим веднага след рязко намаляване на мощността, довело до експлозията.
Ядреният реактор също е източник на неутрони. Когато атомните ядра се облъчват с неутрони, възникват различни ядрени реакции. Разделението е само едно от тях. В други случаи допълнителен неутрон предизвиква активиране: образуването на радионуклид. Така че след улавянето на неутрон от цезий-133 се образува цезий-134. Облъчването на ядрата на уран-238 с неутрони (те съставляват по-голямата част от ядреното гориво) произвежда уран-239. Новите ядра на ura-na-239 излъчват електрон с период на полуразпад 23 минути, образувайки нептуний. Нептуний-239, от своя страна, с период на полуразпад от 2 дни, се превръща в дълготраен (около 24 хиляди години) плутоний-239:
23 минути уран-238+неутронен уран-239а
2 дни 24 000 години
При плутония верижната реакция на делене е дори по-ефективна, отколкото при урана. Той е отлично ядрено гориво и основна суровина за производството на атомни и термоядрени оръжия. Колкото по-дълго ядреното гориво "изгаря" в реактора, толковасе произвежда повече плутоний. Имайте предвид, че други свръхтежки елементи от края на Периодичната таблица на елементите, по-специално америций-241, се образуват в неутронния поток, макар и в малко количество.
В ядрото има много метални структурни материали, течности циркулират и непрекъснато се генерират газове. Под влиянието
радиация, всички те са повече или по-малко активирани.
Атомната електроцентрала, както всяка друга, консумира много вода. Водата, циркулираща през ядрото, става радиоактивна. Въпреки че за реактора
използват се особено стабилни, издръжливи и нискокоординиращи материали, които могат да издържат на високи температури и налягания, агресивната среда постепенно ги извежда от действие. Във водата попадат и високорадиоактивни продукти на износване. В първите ядрени реактори (военни) отпадъчните води просто се отвеждат в най-близкия воден басейн. В съвременните атомни електроцентрали се използва двуконтурна охладителна система, при която водата, която отнема топлината на активната зона, циркулира в затворен кръг (първи контур), загрявайки резервоарите, където се образува работна пара от вода, свободно обменяща се с околната среда (втора верига).
В множество паропроводи през пролуки! и пукнатини изливат радиоактивни течности. Още по-вероятно е изпускането на радиоактивни газове в атмосферата.
И накрая, отбелязваме още една характеристика на атомните електроцентрали. В конвенционална електроцентрала повредените конструкции се сменят по време на поддръжка или основен ремонт. В атомна електроцентрала всяка повреда се превръща в проблем, тъй като всеки елемент, изваден от ядрото, е силно радиоактивен. В близост до всяка такава станция обикновено се изгражда хранилище за радиоактивни отпадъци - „гробище“, където се поставят отработени горивни елементи и други активни материали.
НоНай-големият проблем на атомните електроцентрали е „остаряването! материали, от които е изградено ядрото. Материалите също се разпадат с течение на времето: 30-50 години работа реакторът трябва да бъде „погребан“^ Досега „погребване*“ е извършено само в един случай - в атомната електроцентрала в Чернобил. Но вече днес други 9 действащи енергийни реактора са достигнали критичния праг на „възраст“. През 2000 г. ще има 44 реактора с експлоатационен живот над] 30 години, а 126 през 2005 г. (фиг. 21). Извеждането от строя на отработени ядрени мощности е операция, която е не само скъпа, но и опасна. В момента учени от много страни работят по този проблем.