Розвиток людського суспільства нерозривно пов’язаний з використанням природних ресурсів нашої планети, з споживанням різних видів енергії, в все зростаючих масштабах. Усі здобутки сучасної цивілізації – величезна різноманітність товарів, різний за швидкістю і комфортом транспорт, космічні польоти і т.д. – можливі завдяки тій величезній кількості штучної енергії, яку виробляє людство. В основі виробництва теплової та електричної енергії лежить процес спалювання копалин енергоресурсів – вугілля, нафти, газу. Масштаб добутку та витрачання копалин енергоресурсів, металів, споживання води, повітря для виробництва необхідної людству кількості енергії величезний, а запаси ресурсів, обмежений. Особливо гостро стоїть проблема швидкого вичерпування запасів органічних природних енергоресурсів, так як більшість ресурсів не відновлюється, по крайній мірі, в помітній кількості. В історії людства не було наукової події, більш видатної за своїми наслідками, ніж відкриття ділення ядер урану. Цей винахід прибавив до запасів енергетичних копалин палива істотний вклад ядерного палива. Запаси урану у земній корі оцінюються величезним числом 1014 тонн. Але основна маса цього багатства знаходиться у розсіяному стані – у гранітах, базальтах. У водах світового океану кількість урану досягає 4*109 тонн, але багатих родовищ урану, де добуток був би недорогим, відомо порівняно небагато. Тому масу ресурсів урану, котру можна здобути при сучасній технології та при помірних цінах, оцінюють у 108 тонн. Людина отримала у своє розпорядження величезну, ні з чим незрівняну силу, нове могутнє джерело енергії, закладене в ядрах атомів, - ядерну енергію. Науково-технічний прогрес визначається розвитком енергетики країни. Енергетика – найважливіша галузь народного господарства, яка охоплює енергетичні ресурси, вироблення, перетворення, передачу та використання різноманітних видів енергії. Це основа економіки країни. До складу енергетичної галузі України входять 5 атомних електричних станцій (АЕС) встановленою потужністю 12.818 млн. КВт, 8 гідроелектростанцій (ГЕС) встановленою потужністю 4.7 млн. КВт, теплові електростанції (ТЕС), встановлено потужністю 36.5 млн. КВт, а також системо утворююча та розподільча мережі довжиною понад 1 млн. км. Всі електростанції України діляться на 4 види: теплові електростанції, які працюють на твердому, рідкому та газоподібному паливі; гідравлічні, які використовують гідроресурси та поділяються на гідроелектростанції, гідро стимуляційні та припливні; атомні, які в виді палива використовують збагачений уран або інші радіоактивні елементи; електростанції, які використовують нетрадиційні джерела енергії. Серед них перспективними є вітрові та сонячні. В структурі виробництва електроенергії ТЕС складає 40,9%, ГЕС – 10,7%, АЕС – 45,4%, 3% електроенергії вироблено іншими малими станціями. До складу енергетичної галузі України входять 5 атомних електростанцій (АЕС) встановленою потужністю 12.818 млн. КВт: Запорізька АЕС; Рівненська АЕС; Чорнобильська АЕС; Хмельницька АЕС; Південноукраїнська АЕС. Суспільства зупинено будівництво Кримської, Чигиринської, Харківської АЕС та Одеської ТЕЦ. На 5 атомних станціях України знаходиться 17 енергоблоків, у т.ч.: Діючих – 14; Знятих з експлуатації – 2 (№1, 2 Чорнобильської АЕС); Зруйнованих – 1 (внаслідок аварії 4 блок ЧАЕС). Розвиток атомної енергетики за останні роки значно зменшився. Головна причина – широко розповсюджене переконання в «шкідливості» атомної енергетики, сумніви в можливостях досягнення припустимого рівня безпеки АЕС на базі сучасної технології. Великий вплив на відношення людства до атомної енергетики завдали аварії на атомних електростанціях, особливо аварія на 4-му блоці Чорнобильської АЕС, яка сталася 26 квітня 1986 р. Під впливом цієї аварії в атомних електростанціях, викликана страхами про небезпеку впливу атомної радіації на навколишнє середовище і населення. Після цих подій різко зросла інтенсивність наукових досліджень в області забезпечення безпеки об’єктів атомної енергетики. Однак, велика кількість досліджень проблем безпеки АЕС хоч і виявили недоліки, упущення, навіть помилки в мірах забезпечення безпеки АЕС, лише підтвердили впевненість спеціалістів в тому, що високий рівень безпеки АЕС може бути досягнуто на основі сучасних знань та технологій. Все в світі складається з молекул, які представляють собою складні комплекси взаємодіючих атомів. Молекули це найменші частки речовини, які зберігають його властивості. В склад молекул входять атоми різних хімічних елементів. Атом – будівельний матеріал природи. Якщо покласти сто мільйонів атомів поряд, то довжина такого рядка становитиме 1 дюйм (2,54 см). Атоми складаються переважно з порожнього простору. Центр атома – це протони й нейтрони, які разом утворюють ядро, а в ядрі зосереджена більша частина ваги атома. Якби речовина складалася тільки із самих щільно спресованих атомних ядер, то монета завбільшки з пенні важила б сорок мільйонів тонн. Однак ядро займає всього одну стотисячну частину об’єму атома. Решта об’єму – простір і крихітні електрони, які кружляють довкола ядра так само, як планети кружляють довкола сонця. Матерія складається з атомів, але не всі атоми однакові. Головна різниця полягає в кількості протонів і нейтронів, які утворюють ядро. Наприклад, атом водню завжди має один протон, кисню – вісім, а урану – дев’яносто два протони. В кожному атомі кількість електронів, що кружляють довкола ядра, і кількість протонів однакова. Однак кількість нейтронів у атомах одного і того самого елемента може бути різна. Наприклад, тоді як уран має дев’яносто два протони, один тип атома урану має 143 нейтрони , а ще один – 146. Ці ізотопи (так називаються різні типи одного і того самого елемента) відомі як уран 235 і уран 238 (92 протони плюс 143 нейтрони дорівнює 235, а 92 протони плюс 146 нейтронів дорівнює 238). Кожен атом утримується від розпаду силою, яку фізики називають «великою силою» - найдужчою в природі, силою, яка донедавна унеможливлювала розщеплення атома. «Мені здається, - писав Ісаак Ньютон 1704 року, що спершу Бог створив речовину у вигляді твердих мас – непроникних рухомих частинок, таких твердих, що їх неможливо розбити на шматки, звичайна сила нездатна зруйнувати, розірвати те, що створив сам Бог». Ньютон, ясна річ, не мав справи з фізикою на атомному рівні, але все ж його погляд домінував над усіма іншими протягом сторіч. Фізики ХІХ сторіччя, виходячи з його логіки, розвинули теорію, згідно з якою маса і енергія являють собою окремі закриті системи, причому ні маса, ні енергія не можуть бути створені чи зруйновані. У 1905 році Альберт Ейнштейн опублікував свої погляди на це питання. Досліджуючи властивості маси, часу та простору, він висунув думку про те, що інертна маса містить велику кількість потенційної енергії. Яку можна звільнити, зруйнувавши структуру, тобто розчепивши основні структурні одиниці. Далі він висунув думку про те, що протягом цього процесу певна кількість речовини перетворюється на енергію і що утворена кількість енергії дорівнює кількості втраченої маси, помноженої на квадрат швидкості світла: Е=mс2. Енергію можна створити: речовину можна зруйнувати. Однак на початку то була всього-на-всього теорія. Ніхто, в тому числі і сам Ейнштейн, не міг тоді втілити її в життя. Тільки у 1938 році фізики встановили, що коли атом урану – 238 бомбардувати нейтронами, то їхні ядра внаслідок удару розщеплюються, вивільнюючи при цьому енергію. Навіть більше, під час розщеплення ядер їхні нейтрони вистрелюються з великою швидкістю в напрямку найближчих атомів спричиняючи розщеплення сусідніх атомів. Отож фізики зробили такий висновок: якщо взяти достатню кількість атомів урану і спричинити їх розщеплення, то почнеться ланцюгова реакція – швидке розщеплення одного за одним атомів, яке триває доти, доки вичерпається запас урану. Протягом цього процесу вивільнюється величезна кількість енергії і теплота горіння ядерного палива в мільйони разів більше, ніж звичайного палива. Атомні електростанції – це основа ядерної енергетики. Які використовують ядерну енергію для цілей електрифікації і теплофікації. Для здійснення ланцюгової ядерної реакції використовують складні технічні прилади – ядерні (атомні) реактори. Перший в світі реактор був збудований у 1942 році в США, роботами керував італійський фізик Е. Фермі. Основним компонентом ядерного реактора є його осердя, або активна зона, де розщеплюється паливо і здійснюється керована ланцюгова реакція. Перед розщепленням уранову масу збагачують і перетворюють у покриті керамічним матеріалом пігулки. Пігулки вміщують у труби зі сплаву, що не боїться іржі і називається циркалоєм. У радіоактивну зону реактора закладають 40-50 тисяч пігулок. Трубки з пігулками встановлюються насторч, як сигарети у круглому контейнері. Усередині реактора безперервно відбувається ядерна реакція. Атоми урану в паливних стержнях розщеплюються і випускають нейтрони, швидкість яких регулюють водяні або графітні «сповільнювачі» таким чином. Щоб збільшити розщеплення атомів урану в ланцюговій реакції до максимуму. Під час розщеплення атомів утворюється тепло. При цьому трубки весь час занурені у воду, яка відбирає тепло. На одних ядерних електростанціях вода, що проходить крізь активну зону реактора, кипить і перетворюється на пару, яку подають безпосередньо до турбін, а на інших тепло передається лише на вторинній системі, і аж тоді вода закипає і перетворюється на пару. Ланцюгову реакцію треба підтримувати, але нею треба також керувати. Якщо водночас розщеплюється надто велика кількість система може не витримувати перегріву. Щоб запобігти цього, використовують контрольні стрижні та системи охолодження активної зони реактора. Контрольні стрижні – це основні механізми, що регулюють швидкість розщеплення. Вони мають вигляд довгих стійких стальних трубок, заповнених порошком карбіду бору, кадмію або графіту. Це речовини, здатні вбирати нейтрони. Швидкість вивільнення енергії згорання в реакторі контролюють за допомогою збільшення або зменшення кількості стрижнів у реакторі. Якщо між паливними стержнями вставити контрольні, то швидкість розщеплення зменшиться, бо нейтрони, які звичайно розщеплюють інші уранові ядра, поглинаються контрольними стрижнями, що діють неначе губка. І навпаки, якщо контрольні стрижні витягнути, то швидкість розщеплення збільшується, бо вивільнюється більше нейтронів, здатних розщеплювати сусідні атоми урану. Якщо вставити всі контрольні стрижні, то розщеплення атомів припиняється і реактор вимикається. Однак контрольні стрижні вбирають нейтрони, а не тепло. Тому, щоб не розтопилася активна зона реактора, потрібна ще одна система. Вона називається системою охолодження активної зони реактора. У більшості таких систем для охолодження використовується вода. У міру того. Як розщеплюється уранове паливо, утворюється тепло. Яке проходить крізь стіни трубок з паливними пігулками. Ці трубки занурені у воду, яка безперервно циркулює в активній зоні завдяки дії охолоджувальних помп. Саме ця вода й охолоджує циркалоєві трубки, не даючи їм розтопити. Коли первісна людина почала користуватися вогнем, вона наражала себе й своє оточення на величезну небезпеку: вогонь міг знищити ліс довкола, який для людини становив цілий світ. Минули тисячоліття, і наші знання про розміри Землі стали глибшими, але зважаючи на сучасну техніку і технологію, світ, у якому ми живемо, залишається досить малим. Людське суспільство, паразитує на тілі нашої Землі, поступово почало перетворювати середу свого існування. Створюючи знаряддя праці, технологію виробництва, використовуючи сировину, нарешті, оволодівши атомною енергією. Людство мимоволі поставило під загрозу сам факт свого існування, так як розщеплення атомного ядра – це найнебезпечніший з процесів, відомих людині. З його допомогою можна обернути землю на пустелю, але й можна примусити пустелю зацвісти буйним цвітом. Людина – в природі і з природи, а не над нею, наш вид смертний. Історія життя на землі – це історія взаємодії між живими істотами і їхнім оточенням. Великою мірою фізична форма тварин і форма їхнього життя на Землі зумовлені оточуючим середовищем. Лише протягом теперішнього сторіччя один з видів – а саме людина – набув такої могутності, яка здатна змінити природу світу. Можна зробити висновок про те, що людство створило цивілізацію, яка стала матеріальним бар’єром між собою і природою. Цей бар’єр настільки складний і громіздкий, що вже перешкоджає подальшому розвитку. Іншими словами, людина відділилась, відгородилася від природи. Стала рабом своєї цивілізації, техніки. Її зарозумілість і жадоба влади над природою – найбільша небезпека для неї самої. Теоретично ядерна енергія близька до ідеальної. Вона ефективна і недорога. У добу, коли нафтові запаси обмежені, атомна енергетика забезпечує незалежність тієї чи іншої країни від країн - експортерів нафти. Проте найпалкіші прихильники ядерної енергетики визнають, що з її виробництвом пов’язано чимало проблем. Під час роботи реакторів в паливних стрижнях накопичуються радіоактивні відходи. Розпадаючись, ці відходи виділяють тепло, і тому їх треба охолоджувати ще довго після закінчення керованого процесу розщеплення. На сьогодні не існує поки що загальноприйнятого способу зберігати відходи, які залишаються високорадіоактивними протягом дуже довгого часу. Існує проблема могильників, де поховані радіоактивні речовини, дамб, які повинні захищати річки і водойми від радіаційного забруднення. Високорадіоактивні відходи неможливо знищити: їх треба ізолювати від навколишнього середовища на десятки тисяч років – лише тоді вони стануть нешкідливі. Але ми не знаємо як це зробити. Людське суспільство ще не існувало десятки тисяч років. Тому необхідно створити систему знешкодження ядерних відходів, яка була б незалежна від людини. Досі жоден технічний процес ніколи не був безпомилковим і вічним, а саме це й потрібно для ізоляції ядерних матеріалів. Поки що більшість відходів ядерного палива «тимчасово» зберігають в облицьованих сталевими плитами басейнах біля атомних електростанцій, і небезпека забруднення навколишнього середовища дедалі зростає. Тепер у всьому світі працює приблизно чотириста атомних реакторів, а системи тривалого зберігання ядерних відходів не існує. Люди, відповідальні за ядерні програми, вірять що нарешті буде створено довічно закриту систему. Але таку систему треба ще створити. Забруднення навколишнього середовища в результаті техногенних викидів, які мають місце при роботі атомних реакторів. До 1994 року було побудовано близько 430 енергетичних атомних реакторів, які збільшили більш як на порядок вихід у навколишнє середовище радіоактивних речовин, порівняно з викинутими в атмосферу, водойми і захороненні, як відходи. У результаті техногенних викидів щільність радіоактивного забруднення ґрунтів і води зросла. Спостерігається незворотній процес безперервного розповзання радіонуклідного забруднення. Раніше чи пізніше воно проникає скрізь. Вода здійснює невпинний круговорот через океани, хмари і дощі, через листя рослин та кровоносні судини тварин і людей. Атмосферні гази пронизують усі форми життя. Ґрунт покриває тонким шаром – плівкою кам’яний скелет Землі й одночасно є минулим і майбутнім життям. Вода, суша, повітря, живі рослини й тварини (і ми там) – все перебуває у постійному обміні компонентами. Викиди не повинні перевищувати обсягу, який може засвоїти, переробити біосфера без шкоди для себе. Отже, забруднення біосфери є найважливішою проблемою тому, що її вирішення є також вирішенням інших проблем – енергії, ресурсів, питної води… Забруднення території України радіоактивними викидами при катастрофі на Чорнобильській АЕС не має аналогів ні за масштабами, ні за глибиною екологічних, соціальних і економічних наслідків. Внаслідок аварії було забруднено близько 12 млн. га, з них 8,4 млн. га сільськогосподарських угідь. Необхідність створення санітарної зони. В період експлуатації АЕС, а також після виробітку її ресурсу (через 20-30 років експлуатації АЕС) навколо АЕС і могильників потрібно створювати санітарну зону, що приведе до безповоротного знищення більших площин земель, придатних для господарчої діяльності людини. «Людський» фактор. Виробництво атомної енергії потребує надзвичайно високої кваліфікації персоналу, що обслуговує атомні реактори. Колись дерево було основним паливом у всьому світі. однак із зростанням населення і зникненням лісів дерево поступилося місцем кам’яному вугіллю, а згодом почали використовувати ще й нафту. Про те запаси нафти не безмежні, а її спалювання завдає чималої шкоди навколишньому середовищу. Мабуть, уран – основне паливо для майбутніх поколінь людства й потребу в енергії можна задовольнити шляхом розвитку ядерної промисловості. Використання персоналу високої кваліфікації дозволить майже уникнути помилок, що можуть привести до аварії. «Майже» - тому, що люди втомлюються, іноді в них поганий настрій: діючи бездумно, вони припускаються помилок, а це може привести до катастрофи. Крім цього, потрібен контроль за психічним станом операторів, аби відвернути божевілля і не допустити дії, спроможних привести до аварії. Можливість вивільнення радіоактивного матеріалу робить атомну електростанцію надзвичайно спокусливою для диверсій і зовнішнього нападу. Тому атомні електростанції потребують значної охорони. Практично всі блоки (крім блока №6 Запорізької АЕС) підлягають реконструкції, так як 7 блоків АС з 4 експлуатуються вже більш 15 років. Необхідно збільшувати об’єм та якість технічного обслуговування, ремонтів та робіт по діагностуванню обладнання. Є необхідність виконання робіт по модернізації існуючих і створенню додаткових систем безпеки. Наше суспільство покладається на техніку й технологію, але ядерно-енергетичні системи не зовсім надійні. Вони складаються з тисяч помп, клапанів, труб, електросхем і двигунів. До аварії можуть привести помилки в проектуванні, будівництві, експлуатації та ремонті обладнання, а також зовнішні чинники – повені, пожежі, землетруси й смерчі. Корозія, вібрація, перенапруження та спрацювання деталей внаслідок тривалої експлуатації можуть спричинити якусь незначну хибу в роботі, а вона призведе до інших, які годі передбачити навіть за допомогою комп’ютерів. Здебільшого машини працюють доти, доки вони вийдуть з ладу, але в роботі ядерних реакторів ця засада неприпустима. Насамперед слід звернути увагу на створення безпечних реакторів, робота яких ґрунтувалася б на законах фізики і не потребувала втручання людини з метою відвернення ризику. Чорнобильська проблема. Чорнобильська АЕС являє собою об’єкт атомної енергетики, до складу якої входять обладнання, будови та споруди, які безпосередньо зв’язані з виробітком електроенергії. В його склад входять: енергоблок №1, зупинений у 1996 році у зв’язку з постановою уряду України; енергоблок №2, зупинений в жовтні 1991 року в зв’язку з займанням турбогенератора; енергоблок №3, який знаходиться в режимі експлуатації до 2000 року; енергоблок №4, на якому в 1986 році сталася аварія з повним зруйнуванням активної зони, на якому виконанні першочергові заходи для зменшення наслідків аварії та продовжуються роботи по забезпеченню контролю його стану, ядерної та радіаційної безпеки; енергоблоки №5 та №6 з незавершеним будівництвом відповідно з рішенням про припинення будівельних робіт, прийнятим після аварії 1986 року; сховище рідких та твердих радіоактивних відходів і відпрацьованого ядерного палива та інші споруди. Чорнобильська проблема потребує виконання наступних задач: зачинення ЧАЕС-3 зі зняттям з експлуатації блоків №1,2,3; перетворення об’єкта «Укриття» в екологічно безпечну систему; створення централізованого сховища відпрацьованого ядерного палива; створення заводу по переробці та зберіганню радіоактивних відходів. Розвиток людського суспільства нерозривно пов'язаний з споживанням різних видів енергії. Сьогодні гостро стоїть проблема швидкого вичерпування запасів природних енергоресурсів – вугілля, нафти, газу. Теоретично ядерна енергія близька до ідеальної. Вона ефективна і недорога. Проте з виробництвом ядерної енергії пов’язано чимало проблем. Використання будь якого виду енергії доводиться оплачувати грошима, людським життям, забрудненням навколишнього середовища. Не існує якогось універсального виду енергії, також не можна відмовитися від одного виду енергії, не замінивши його іншими видами. Доводиться балансувати між вигодами й ризиком, і проблеми ядерної енергетики повинні розв’язуватися саме в цьому контексті. Атомні станції не повинні чинити надмірних постійно діючих або аварійних теплових, хімічних, радіаційних та інших впливів на навколишнє середовище. Так як це загрожує рівновазі всієї планети. У найгіршій перспективі побічні продукти атомної енергії – накопичені внаслідок аварій і спалювання ядерного палива – можуть завдати непоправної шкоди нашій планеті. Природа буває жорстока і без втручання людини. Але природні руйнування здебільшого загладжуються навколишнім середовищем. Однак катастрофи, які спричиняє людина, загрожують постійним спустошенням. Не виключено, що тоді, коли стануть відомі всі згубні наслідки впливу ядерної енергії на навколишнє середовище, змінити щось буде неможливо. Цілком можливо, що в розв’язанні ядерних енергетичних проблем ми досягнули межі технологічної компетентності й питання радіації ніколи не будуть розв’язані. Небезпеки, які спричиняються розщепленням атома, випливають з фундаментальних законів фізики, тому, можливо, проблем пов’язаних з ними, ніколи не вдасться розв’язати. Але хочеться вірити в людський розум, в те, що на основі сучасних та майбутніх знань людство вирішить проблему безпечного використання атому, і тоді воно назавжди буде забезпечено енергією.