"ქიმიის უწყებანი" ტომი:3, ნომერი:2, 27-30 გვ.

საფრთხის შემცველი ელექტროენერგია

თინა ლუხუტაშვილი, ელისო ფურელიანი

სტუდენტი.595 50 04 36

რეზიუმე: თანამედროვე მსოფლიო ელექტრო ენერგიის გარეშე წარმოუდგენელია, თუმცა მისი მოპოვების ყველა გზა უსაფრთხო როდია. ატომური ელექტროსადგურები ბევრი ქვეყნისთვის დენის წარმოების ერთადერთი წყაროა - სწორედ ამიტომ, თითოეულმა ქვეყანამ უნდა გააცნოებიეროს, რომ რადიოაქტიური ნივთიერებები ბევრად მეტ ყურადღებას საჭიროებენ. ტექნიკურმა პროგრესმა, რა თქმა უნდა, შეიძლება დაგვაფიქროს ალტერნატიული წყაროების ძებნაზეც, თუმცა არსებობს ძალიან კარგი შესაძლებლობა, საშიში ნივთიერებები კაცობრიობისთვის სასარგებლოდ გამოიყენებოდეს, ამიტომაც აუცილებელია ამ საკითხისთვის მეტი ყურადღების დათმობა.

საკვანძო სიტყვები: ელექტროენერგია; ურანი; ატომური სადგური; პლუტონიუმი; რადიაციული საფრთხეები.

21-ე საუკუნეში ელექტროენერგია თანამედროვე საზოგადოების ცხოვრების შემადგენელი ნაწილია. ტელეფონი, კომპიუტერი, საყოფაცხოვრებო ტექნიკის უმეტესობა და უკვე ავტომობილებიც კი ელექტროენერგიით იკვებება. ერთი წამითაც რომ წარმოვიდგინოთ, როგორი შეიძლება იყოს დენის გარეშე დარჩენილი საზოგადოება, უმალ თვალწინ დაგვიდგება გათიშული ტელევიზორები, ტელეფონები, უინტერნეტობა და ა.შ - ანუ ყველაფერი ის, რომლის მეშვეობითაც ადამიანები ერთმანეთთან კომუნიკაციას ამყარებენ გლობალურ სამყაროში.

ელექტრული დენი დედამიწაზე პირველად მეცხრამეტე საუკუნეში გაჩნდა, იგი გამოიგონა ცნობილმა ამერიკელმა გამომგონებელმა თომას ალვა ედინსონმა. მართალია, ამ პერიოდში უკვე არსებობდა სინათლისა და გაზის შუქი, თუმცა ტექნოლოგიების განვითარება მოითხოვდა შედარებით უწყვეტ ელექტროენერგიას. ედისონმა დახვეწა ჩვეულებრივი შუშის ნათურა, რომელმაც 13.5 საათს იმუშავა. სწორედ ედისონმა შექმნა პირველი ელექტროკომპანია და დაიწყო ელექტროენერგიის გამომუშავება [1].

ტექნოლოგიაზე მოთხოვნის ზრდამ კიდევ უფრო საჭირო გახადა მეტი ელექტროენერგიის წარმოება და, ვინაიდან განვითარებული საზოგადოებისთვის ცნობილი იყო, საიდან ეწარმოებინათ სინათლე, ერთ-ერთი ასეთი კი იყო წყალი, გადაწყვიტეს, აეშენებინათ ჰიდროელექტროსადგური, რომელიც აიგო მდინარე ფოქსზე ამერიკაში. სადგურმა ფუნქციონირება 1882 წლის 30 სექტემბერს დაიწყო [2]. მას შემდეგ სხვადასხვა ქვეყანაში აიგო ათობით ჰიდროელექტროსადგური, თუმცა იმ ქვეყნებში, სადაც წყლის სათანადო მარაგი არ იყო ან საერთოდ არ ჰქონდათ მძლავრი მდინარეები (მაგ. სომხეთი) ელექტორენერგიის საწარმოებლად, თბოელექტროსადგურებს იყენებდნენ. შემდგომ წლებში შეიქმნა ელექტრო ენერგიის გამომუშავების კიდევ უფრო იაფი მეთოდი, რომელიც დაფუძნებული იყო ატომურ ენერგიაზე.

სანამ უშუალოდ განვიხილავთ იმ საფრთხეებს, რომლებსა ატომური ელექტროსადგურები შეიცავენ მიმოვიხილოთ არ არის ქიმიური ელემენტი ურანი და რატომ არის საშიში ჯანმრთელობისთვის.

ურანი 1789 წელს აღმოაჩინა გერმანელმა ქიმიკოსმა მარტინ კლაპტორმა, როდესაც ამუშავებდა სასარგებლო წიაღისეულის ნიმუშებს. დიდი ხნის განმავლობაში კლაპტორის ურანი ითვლებოდა ლითონად, სანამ მეცნიერებმა მნიშვნელოვანი დაკვირვებები არ განახორციელეს ამ ელემენტზე. მრავალი დაკვირვების შემდეგ ურანი შეფასდა, როგორც საშიში ქიმიური ნივთიერება, რომელიც თავისი თვისების გამო გამოიმუშავებს დიდი რაოდენობით ენერგიას. მეოცე საუკუნეში დაიწყეს მისი გამოყენება ენერგიის საწარმოებლად [3]. ატომურ ელექტროსადგურებში ბუნებრივ ან გამდიდრებულ ურანს იყენებენ. ამ მდგომარეობაში მყოფი 1 ტონა ურანი თბოგამოყოფის თვისებით 1 მილიონ 350 ტონა ნავთობის ან ბუნებრივი აირის ტოლია [4].

ქიმიური ელემენტი ურანის პროცენტული წილი დედამიწის ქერქში 0.0003 %-ია. სხვა ფენებში გვხვდება 4 სახით: პირველი ეს არის ურანიტეტის ძარღვები ,ან ურანის დიოქსიდი (UO₂), რომელიც მდიდარია ურანით, თუმცა გვხვდება იშვიათად. მეორე ეს არის თორიუმისა და ურანის მადნების კონგლომერატები, სხვა მნიშვნელოვან მადნებთან ერთად. მესამე წყარო არის დანალექი ქანები და ქვიშები. მეოთხე კი რკინაურანის ფიქალების მადნებია.

ურანი მიიღება შემდეგნაირად: კონცენტრირება - ეს არის ურანის წარმოების პირველი სტადია ამ ეტამპზე მადნის ქანებს აქუცმაცებენ და ურევენ წყალში, მძიმე ნაწილაკები შედარებით მალე ილექება. და იმ შემთხვევაში თუ ქანები ურანის პირველად მინერალებს შეიცავენ დალექვის პროცესიც უფრო ჩქარა მიმდინარეობს. მეორადი მინერალების შედარებით გვიან ილექება, რადგან უფრო მჩატეებია. შემდეგ სტადიაზე ხდება ურანის გადაყვანა ხსნარებში - ანუ გამოტუტვა. ამ ეტაპზე უფრო ხშირად გამოიყენება მჟავა და ტუტე ექსტრაქცია. მჟავა გამოიყენება იმიტომ რომ შედარებით იაფია და ძირითადად გამოიყენება გოგირდმჟავა, თუმცა ოთხვალენტიანი ურანი ფაქტობრივად არ იხსნება გოგირდმჟავაში, ამიტომ საჭიროა ტუტით განეიტრალება. გოგირდმჟავით ექსტრაქცია არ გამოიყენება აგრეთვე იმ შემთხვევაშიც, როცა ურანი შეიცავს დოლომიტს ან მაგნეზიტს, ამ შემთხვევაში ურანი რეაქციაში შედის მჟავასთან, ამიტომ უფრო ხშირად ნატრიუმის ტუტეს გამოიყენებენ. ურანის მადნებიდან გამოყოფის პრობლემას ჟანგბადით გამოყენებით წყვეტენ. ამ დროს ურანის სულფიდიან მადანში ჩაბერავენ და მიაწოდებენ ჟანგბადის ჭავლს. შემდეგ ეტაპზე მიღებული ხსნარიდან გამოყოფენ ურანს, რომელიც გადაჰყავთ მყარ მდგომარეობაში ერთ-ერთ ოქსიდად ან ტეტრაფტორიდად, თუმცა ამ შემთხვევაში იგი მაინც შეიცავს მინარავებს, რომელთა მოსაცილებლადაც ურანს ხსნიან აზოტმჟავაში მიღებულ ნივთიერებას აკრისტალებენ და ფრთხილად ახურებენ და წარმოიქმნება UO₃ რომელსაც წყალბადით UO₂  -მდე აღადგენენ [3-4].

ბუნებრივი ურანი სამი იზოტოპისგან შედგება: ²³⁸U,  ²³⁵U და ²³⁴U. ეს უკანასკნელი წარმოადგენს რადიოგენურ იზოტოპს. ენერგიის მისაღებად ყველაზე ხშირად ²³⁵U გამოიყენება, რომელსაც ჯაჭვური რეაქციის თვითშენარჩუენება შეუძლია. ამიტომ ბირთვულ რეაქტორებში უმეტესესად ეს იზოტოპი გამოიყენება, თუმცა ბოლო ხანებში რეაქტორებში გამოიყენება აგრეთვე ურან-223 , რომელსაც ხელოვნურად მიიღებენ თორიუმისგან. ²³⁸U კი ,,გაღარიბებული ურანის“ სახელწოდებას ატარებს, რადგან 235-ე იზოტოპით არის გაღარიბებული და გამოიყენება რადიაციულ დაცვაში, მაგალითად, ბოინგ 727-ის ყოველ თვითმფრინავში 1500 კგ გაღარიბებული ურანია [4].

ურანს, როგორც ნებისმიერ რადიოაქტიურ ნივთიერებას, ახასიათებს ნახევარდაშლის პერიოდი. ნახევარდაშლის პერიოდი ის დროა, რაც სჭირდება ნივთიერების რაოდენობის დაშლას, მასში საწყისი ელემენტების განახევრებას. მაგალითად, ურანის ყველაზე ხშირად გამოყენებადი იზოტოპის, ურან 238-ის ნახევარდაშლის პერიოდი 4 მილიარდ წელზე მეტია. ურან 238 სწორედ ამ დროის განმავლობაში ინარჩუნებს საკმაოდ ძლიერი გამოსხივების უნარს და, რა თქმა უნდა, ყველაფერი უნდა გაკეთდეს, რათა მსგავსი ნივთიერებები გარემოში არ ხვდებოდნენ. [5]

ურანის ყოველივე ამ თვისებების განსაზღვრის შემდეგ, 1954 წლის 27 ივნისს ყოფილ საბჭოთა კავშირში პირველი ატომური ელექტროსადგური ამუშავდა. მოგვიანებით სამრეწველო დანიშნულების ატომური სადგური ამუშავდა 1956 წელს ინგლისში, ერთი წლის შემდეგ კი - ამერიკაში [6]. დღეს მსოფლიოში 451 ატომური ელექტრო სადგური და 448 ბირთვული რეაქტორია [7].

ენერგეტიკის ბირთვული რეაქტორი - ეს არის ყველა ატომური სადგურის მთავარი დანადგარი, რომელშიც ენერგიის ძირითად წყაროდ ურანს იყენებენ. არსებობს თბურრეაქტორიანი და სწრაფრეაქტორიანი ატომური ელექტროსადგურები. პირველ მათგანში ბირთვულ სათბობად გამდიდრებული ან ბუნებრივი ურანი გამოყენება, მეორეში კი - პლუტონიუმი. ამ უკანასკნელის მისაღებად გამოიყენება, როგორც ბუნებრივი, ისე გამდიდრებული ურანი. პლუტონიუმი პირველად აღმოაჩინა ენერიკო ფერერიმ 1943 წელს და ამ ელემენტს გასპორიუმი უწოდა, თუმცა ახალი ქიმიური ელემენტის არსებობა დაამტკიცა ექსპერიმენტით 1941 წლის თებერვალში გლენ თეოდორ სიბორგმა, ედვინ მარტინსონ მაკმილანმა, უილიამ ჯოზეფ კენედისმა და არტურ ვალისმა მისი პირველი ქიმიური თვისების შესწავლისას - ჟანგვის ორი ხარისხის არსებობის შესხებ.

ურან-²³⁸₉₂U (d,2n) → ნეპტუნიუმ-²³⁸₉₃Np → (β−) პლუტონიუმ-²³⁸₉₄Pu

ახალ ქიმიურ ელემენტს სახელწოდებად პლუტონიუმი პირველად არტურ ვალეს და გლენ სიბროგის მიერ იყო წამოყენებული. 1945 წელს დაიწყო პირველი სამრეწველო ბირთვული რეაქტორის მშენებლობა პლუტონიუმის მისაღებად [8].

ატომურ სადგურებში გამოიყენება შემდეგი ტიპის რეაქტორები:

• რეაქტორი თბური ნეიტრონებით;
• რეაქტორი სწრაფი ნეიტრონებით;
• რეაქტორი მძიმე წყლით და ა.შ.

ნებისმიერი ელექტროსადგურიდან მომდინარე საფრთხე რადიოაქტიურ ნივთიერებებს უკავშირდება. თითოეული მათგანის ჰაერში მცირედი გაჟონვაც კი ძალიან დიდი საფრთხეს უქმნის იმ კონკრეტულ რეგიონს, რომელშიც ეს კატასტროფა მოხდება. თუ გარემოში გაჟონვა დიდი რაოდენობით გაიფრქვევა, საფრთხე შეიძლება შეექმნას ყველა იმ დასახლებულ ტერიტორიას, სადამდეც რადიაცია გავრცელდება.

გამომუშავებული ენერგიის მიხედვით გამოყოფენ:

• ატომურ ელექტროსადგურებს;
• ატომურ თბოელექტროსადგურებს;
• თბომომარაგების ატომურ ელექტროსადგურებს.

ჩერნობილის ატომური ელექტროსადგურის აფეთქებამ ცხადყო, რა საფრთხეები შეიძლება შეექმნას ერთდროულად კონკრეტულ ქვეყანას ცალკე და მის გარშემო არსებულ სახელმწიფოებს ერთად. 2011 წელს იაპონიაში მომხდარი კატასტროფის დროს საზოგადოება კიდევ ერთხელ აღმოჩნდა იმ საფრთხის წინაშე, რომელსაც რადიაციის გავრცელება ჰქვია. მაშინ 50-მა თვითმკვლელმა კამიკაძემ თავი გაწირა დანარჩენი მსოფლიოსათვის. დედამიწის მოსახლეობა კიდევ ერთხელ გადაურჩა დიდ კატასტროფას, თუმცა ამის შემდეგ დაიწო ფიქრი იმაზე, თუ რა საფრთხე შეიძლება მიაყენოს ადამიანს ენერგიის ერთობ საჭირო და აუცილებელმა წყარომ.

იაპონიასა და ჩერნობილში დატრიალებულმა ტრაგედიებმა დაანახა მსოფლიო საზოგადოებას, რომ ატომური ენერგია დიდ პოზიტივთან ერთად საფრთხეცაა. რა თქმა უნდა, არ შეიძლება საფრთხის არსებობის გამო პროგრესზე უარის თქმა, თუმცა ატომური ენერგიის მომხმარებელმა ყველა ქვეყანამ უნდა გაითავისოს რადიოაქტიური ნივთიერებების მეტად თავისებური ბუნება და მეტი სიფრთხილე გამოიჩინოს ინდუსტრიაში.

პირველ რიგში, ყურადღება უნდა მიექცეს სადგურების მშენებლობისას ავარიის ლოკალიზაციის სისტემას, რომელიც დაპროექტებული იქნება როგორც მცირე გაჟონვის, ისე დიდი გაფრქვევისთვის. მაგალითად, სომხეთში მდებარე მეწამორის სადგურში მცირე გაჟონვის შემთხვევაში შექმნილია ბაზა ავარიის ლოკალიზებისთვის, მაგრამ დიდი გაფრქვევის შემთხვევაში რადიაცია ჰაერში გაიბნევა, ამას ემატება ბუნებრივი პირობების - სეისმურად აქტიურ ზონაში მდგარი სადგური მუდმივი საფრთხეა მთელი მსოფლიოსთვის. რადგანაც, როგორც უკვე ითქვა, რადიოაქტიური ნივთიერებების ნახევარდაშლის პერიოდი ძალიან ხანგრძლივია და მათი გარემოში მოხვედრა ეკოლოგიური კატასტროფა იქნება[9].

თუმცა მედიკოსები საუბრობენ, რომ რადიოაქტიური ნივთიერებები მხოლოდ ეკოლოგიურ კატასტროფას არ გვიქადიან გარემოში მოხვედრის შემთხვევაში - დასხივება იწვევს გენურ მუტაციებს. ორგანიზმის უჯრედებში აღწევენ ისეთი ნაწილაკები, როგორიცაა პროტონი, ელექტრონი, ნეიტრონი, იონიზდება დნმ და ზიანდება მისი სტრუქტურა [10].

არ შეიძლება თვალის დახუჭვა იმაზე, რომ ატომური ელექტროსადგურები თანამედროვე ცხოვრების ერთერთ მამოძრავებელ ძალად იქცა - ტექნოლოგიური წინსვლა იძლევა შესაძლებლობას, აეს-ები აღიჭურვოს და დაპროგრამდეს ულტრათანამედროვე ტექნიკითა და ინჟინერიის უახლესი მიღწევებით, რაც იმას ნიშნავს, რომ აეს-ი მზად უნდა იყოს როგორც ბუნებრივი კატასტროფის დროს მუშაობის ან უსაფრთხოდ გამორთვისთვის, ასევე, შეფერხების დროს ავტომატურ რეჟიმში ენერგიის გამომუშავების მშვიდობიანად შეწყვეტისთვის.

 

ლიტერატურა:

1.https://sciencing.com/important-thomas-edison-invention-light-bulb-6305.html
2.http://www.americaslibrary.gov/jb/gilded/jb_gilded_hydro_1.html
3. de.wikipedia.org/wiki/Uran
4.https://ka.wikipedia.org/wiki)
5. http://ataridogdaze.com/science/uranium-decay-rate.html
6.http://www.world-nuclear.org/information-library/current-and-future-generation/outline-history-of-nuclear-energy.aspx
7. en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_power_by_country
8.ka.wikipedia.org/wiki/
9. https://news.nationalgeographic.com
10. www.livestrong.com/article/118080-effects-radiation-dna-mutations/

 

 

 

გამოქვეყნებულია: 24-02-2018