Улучшение урожая и увеличение мировых ресурсов при помощи ядерной энергии
Обновлено: 07.07.2024
Ядерные технологии могут предложить конкурентоспособные и зачастую уникальные пути решения таких проблем, как голод и неполноценное питание, способствовать повышению экологической устойчивости и обеспечению продовольственной безопасности. МАГАТЭ работает в партнерстве с Продовольственной и сельскохозяйственной организацией Объединенных Наций (ФАО), помогая государствам-членам в деле безопасного и грамотного использования этих технологий.
Мы непрерывно поддерживаем более 200 национальных и региональных проектов технического сотрудничества с годовым бюджетом порядка 14 млн долл. США. Эти проекты помогают государствам-членам внедрять технологии и использовать потенциал, наработанный в рамках более чем 30 динамично развивающихся проектов координированных исследований (ПКИ). Свыше 400 исследовательских учреждений и экспериментальных станций в государствах-членах ведут сотрудничество по линии таких ПКИ.
Объединенные лаборатории ФАО/МАГАТЭ выполняют широкий спектр прикладных и адаптивных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Они также разрабатывают протоколы, руководящие материалы, проводят обучение и оказывают специализированные услуги в различных областях, а также являются хранилищем эталонных и специальных биологических материалов.
Помощь фермерам и сокращение выбросов парниковых газов
Растения и почва перерабатывают удобрения в полезные питательные вещества и вырабатывают побочные продукты, в том числе парниковые газы: двуокись углерода (CO2), закись азота (N2O) и метан (CH4). Если используется правильное количество удобрений, растения хорошо развиваются, а объем выбросов парниковых газов минимизируется. Однако если удобрения используются чрезмерно, растения не могут их переработать — излишки остаются в почве, вызывая резкий рост выбросов.
Результаты исследований уже помогли определить способы оптимизации использования удобрений на более чем 100 гектарах пастбищ и рисовых полей, кукурузы и пшеницы. Выбросы парниковых газов снизились на 50%, а урожайность возросла на 10%.
В рамках эксперимента по обогащению атмосферного воздуха углекислым газом (FACE) обогащенный двуокисью азота воздух закачивается на несколько испытательных полей через кольца трубок, чтобы моделировать условия повышения уровня двуокиси азота в атмосфере над типичным лугом, что, как ожидается, произойдет к середине этого века К. Мюллер/ Институт экологии растений Гисенского университета им. Юстуса Либиха
Растения, выращиваемые при высоких уровнях CO2, становятся жестче, а содержание белка в них снижается. Коровам, которые пасутся на таких лугах, сложнее переваривать такие растения, и им приходится потреблять больше пищи, чтобы производить молоко. Это не только ставит под угрозу производство молока, но и приводит к тому, что коровы производят больше метана — парникового газа, в 34 раза мощнее CO2.
Обнаружение удобрений в питьевой воде и не только
Избыточное использование удобрений не только способствует выбросу парниковых газов. Зачастую дождевые потоки или талые воды заносят удобрения в реки и ручьи, из которых они попадают в океаны или резервуары питьевой воды.
По словам Хэна, удобрения входят в число агрохимикатов, которые загрязняют окружающую среду. В эту категорию также попадают пестициды, соль из оросительных вод, отложения и остатки лекарственных препаратов, используемых в животноводстве. К этим веществам прибегают все чаще, стремясь повысить производительность и минимизировать последствия климатических изменений.
На протяжении более чем 20 лет ученые используют отдельные изотопы, чтобы выявлять загрязняющие вещества в сельском хозяйстве, но использование одного изотопа за раз не дает достаточно информации, чтобы определить различные загрязняющие вещества и их различимые изотопные сигнатуры.
Методы, основанные на использовании стабильных изотопов
Изотопами называются атомы одного и того же элемента с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов и, соответственно, разной атомной массой. К примеру, азот-15 демонстрирует то же поведение, что и азот-14, но нейтронов в нем на один больше, поэтому его масса выше. Ученые могут исходить из этого, чтобы понять и отследить преобразования изотопов, а также их перемещение и обмены, происходящие внутри растений, почвы и воды.
Ученые применяют азот-15 и углерод-13 для отслеживания движения и определения источника выбросов двуокиси азота, метана и двуокиси углерода в сельском хозяйстве. Используя удобрения, помеченные изотопами азота-15, ученые могут отслеживать изотопы и определять, насколько эффективно удобрения усваиваются растениями и сколько остается в почве. Углерод-13 отслеживается для определения схемы перемещения и происхождения двуокиси углерода и метана.
Анализ с использованием нескольких изотопов
С помощью стабильных изотопов углерода, водорода, азота и серы ученые отслеживают загрязняющие вещества в сельском хозяйстве, определяют источники их происхождения и схемы перемещения из почвы в водоемы. Эти изотопы применяются, потому что удобрения и пестициды содержат азот, серу и углерод, которые растворяются и переносятся водой, содержащей изотопы кислорода и водорода. Эти изотопы измеряются одновременно, чтобы различать циклы перемещения воды и загрязнителей и лучше понимать, откуда появляются загрязнители и куда они переносятся.
В ядерная энергия Он может иметь множество применений: производство тепла, электричества, сохранение продуктов питания, поиск новых ресурсов или использование в качестве лечения. Эта энергия получается в результате реакции, которая происходит в ядрах атомов, мельчайших единиц вещества в химических элементах Вселенной.
Эти атомы могут иметь разные формы, называемые изотопами. Есть стабильные и нестабильные, в зависимости от изменений, которые они испытывают в ядре. Именно нестабильность содержания нейтронов или атомной массы делает их радиоактивными. Это радиоизотопы или нестабильные атомы, производящие ядерную энергию.
Излучаемую ими радиоактивность можно использовать, например, в области медицины при лучевой терапии. Один из методов лечения рака, среди прочего.
Список 10 примеров ядерной энергетики
1- Производство электроэнергии
Ядерная энергия используется для более экономичного и устойчивого производства электроэнергии, если она используется правильно.
Электричество является фундаментальным ресурсом для современного общества, поэтому более низкие затраты, производимые с помощью ядерной энергии, могут способствовать доступу большего числа людей к электрическим средствам.
Согласно данным Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) за 2015 год, Северная Америка и Южная Азия лидируют в производстве электроэнергии в мире за счет ядерной энергетики. Оба превышают 2000 тераватт-часов (ТВт-ч).
2- Улучшение урожая и увеличение мировых ресурсов
Рациональное использование ядерной энергии может усугубить эту проблему за счет увеличения ресурсов. Фактически, для этой цели ФАО разрабатывает программы сотрудничества с МАГАТЭ.
По данным Всемирной ядерной ассоциации (World Nuclear Association), атомная энергия способствует увеличению пищевых ресурсов за счет удобрений и генетических модификаций продуктов питания.
Использование ядерной энергии позволяет более эффективно использовать удобрения - довольно дорогое вещество. С некоторыми изотопами, такими как азот-15 или фосфор-32, растения могут использовать максимально возможное количество удобрений, не выбрасывая их в окружающую среду.
С другой стороны, трансгенные продукты питания позволяют производить больше продуктов питания за счет модификации или обмена генетической информацией. Один из способов добиться этих мутаций - ионное излучение.
Однако есть много организаций, которые выступают против этого типа практики из-за ее вреда для здоровья и окружающей среды. Это случай Гринпис, который защищает экологическое сельское хозяйство.
3- Борьба с вредителями
Ядерная энергия позволяет разработать метод стерилизации насекомых, который помогает избежать появления вредителей в сельскохозяйственных культурах.
Этот метод заключается в выращивании насекомых определенного вида, которые обычно вредны для сельскохозяйственных культур, в контролируемом помещении.
Самцов стерилизуют с помощью низкомолекулярного излучения и выпускают в зараженную область для спаривания с самками. Чем больше разводимых в неволе стерильных насекомых мужского пола, тем меньше плодовитых диких насекомых.
Таким образом можно избежать экономических потерь в сфере сельского хозяйства. Эти программы стерилизации использовались в разных странах. Например, Мексика, где, по данным Всемирной ядерной ассоциации, это был успех.
4- Консервация продуктов
Борьба с вредителями от излучения с помощью ядерной энергии позволяет лучше сохранить пищу. Методы облучения позволяют избежать массовых пищевых отходов, особенно в странах с жарким и влажным климатом.
Кроме того, атомная энергия используется для стерилизации бактерий, содержащихся в таких пищевых продуктах, как молоко, мясо или овощи. Это также способ продлить срок службы скоропортящихся продуктов, таких как клубника или рыба.
По мнению сторонников ядерной энергетики, эта практика не влияет на питательные вещества в продуктах и не оказывает вредного воздействия на здоровье.
Такого не думают и большинство экологических организаций, которые продолжают отстаивать традиционный способ сбора урожая.
5- Увеличение ресурсов питьевой воды
Ядерные реакторы вырабатывают тепло, которое можно использовать для опреснения воды. Этот аспект особенно полезен для засушливых стран с нехваткой ресурсов питьевой воды.
Этот метод облучения позволяет превратить соленую морскую воду в чистую воду, пригодную для питья. Кроме того, по данным Всемирной ядерной ассоциации, гидрологические изотопные методы позволяют более точно контролировать природные водные ресурсы.
МАГАТЭ разработало программы сотрудничества с такими странами, как Афганистан, для поиска новых водных ресурсов в этой стране.
6- Использование ядерной энергии в медицине
Одним из полезных способов использования радиоактивности ядерной энергии является создание новых методов лечения и технологий в области медицины. Это так называемая ядерная медицина.
Эта отрасль медицины позволяет профессионалам быстрее и точнее ставить диагноз своим пациентам, а также лечить их.
По данным Всемирной ядерной ассоциации, десять миллионов пациентов в мире ежегодно проходят лечение ядерной медициной, и более 10 000 больниц используют радиоактивные изотопы в своем лечении.
Атомную энергию в медицине можно найти в рентгеновских лучах или в лечении, столь же важном, как лучевая терапия, широко используемом при раке.
У этого лечения есть недостаток; Он может вызвать побочные эффекты на здоровые клетки организма, повредить их или вызвать изменения, которые обычно восстанавливаются после заживления.
7- Промышленное применение
Радиоизотопы, присутствующие в атомной энергетике, позволяют лучше контролировать загрязняющие вещества, которые выбрасываются в окружающую среду.
С другой стороны, атомная энергия довольно эффективна, не оставляет следов и намного дешевле, чем другие виды энергии, производимые промышленным способом.
Инструменты, используемые на атомных станциях, приносят гораздо большую прибыль, чем они стоят. Через несколько месяцев они позволяют сэкономить деньги, которые они изначально стоят, до того, как они окупятся.
С другой стороны, измерения, которые используются для калибровки количества излучения, также обычно содержат радиоактивные вещества, обычно гамма-лучи. Эти инструменты избегают прямого контакта с измеряемым источником.
Этот метод особенно полезен для веществ, которые могут вызывать коррозию человека.
Атомные электростанции производят чистую энергию. По данным Национального географического общества, они могут быть построены в сельской или городской местности без большого воздействия на окружающую среду.
Хотя, как уже было замечено, в недавних событиях, таких как Фукусима, отсутствие контроля или авария могут иметь катастрофические последствия для больших гектаров территории и для населения поколений лет и лет.
Если это сравнить с энергией, производимой углем, это правда, что он выбрасывает меньше газов в атмосферу, избегая парникового эффекта.
9- Космические миссии
Ядерная энергия также использовалась для экспедиций в космос.
Системы ядерного деления или радиоактивного распада используются для выработки тепла или электричества с помощью термоэлектрических радиоизотопных генераторов, которые часто используются для космических зондов.
В этих случаях химическим элементом, из которого извлекается ядерная энергия, является плутоний-238. С помощью этих устройств было проведено несколько экспедиций: миссия Кассини на Сатурн, миссия Галилео к Юпитеру и миссия New Horizons к Плутону.
Последним космическим экспериментом, который был проведен с помощью этого метода, стал запуск корабля Curiosity в рамках исследований, которые ведутся вокруг планеты Марс.
По данным Всемирной ядерной ассоциации, последний намного больше первого и способен производить больше электричества, чем солнечные панели.
10- Ядерное оружие
Военная промышленность всегда была одной из первых, кто догонял себя в области новой техники и технологий. В случае ядерной энергетики меньше не будет.
Есть два типа ядерного оружия: те, которые используют этот источник в качестве движущей силы для производства тепла и электричества в различных устройствах, и те, которые непосредственно стремятся к взрыву.
В этом смысле можно различать транспортные средства, такие как военные самолеты или уже известную атомную бомбу, которая порождает устойчивую цепь ядерных реакций. Последние могут быть изготовлены из различных материалов, таких как уран, плутоний, водород или нейтроны.
По данным МАГАТЭ, Соединенные Штаты были первой страной, которая создала ядерную бомбу, поэтому они были одними из первых, кто осознал преимущества и опасности этой энергии.
С тех пор эта страна как великая мировая держава провела мирную политику в использовании ядерной энергии.
Программа сотрудничества с другими государствами, которая началась с выступления президента Эйзенхауэра в 1950-х годах перед Организацией Объединенных Наций и Международным агентством по атомной энергии.
11- Топливо автомобильное
В сценарии, в котором больше учитываются проблемы загрязнения и выбросы CO2, ядерная энергия представляется возможным решением, которое доставляет столько головной боли экологическим организациям.
Как мы упоминали в первом пункте, ядерное производство помогает вырабатывать электроэнергию для любого использования, например, топлива для автомобилей.
Кроме того, атомные электростанции могут производить водород, который можно использовать в электрохимических элементах в качестве топливного элемента для питания автомобиля. Это означает не только благополучие окружающей среды, но и значительную экономию.
12- Археологические находки
Благодаря естественной радиоактивности археологические, геологические или антропологические находки можно датировать с большей точностью. Это означает ускорение сбора информации и установление лучших критериев при оценке локализованных останков.
Это достигается благодаря методу, называемому радиоуглеродным датированием, радиоактивным изотопом углерода, который может быть вам более знаком под названием углерод 14. Он позволяет определить возраст окаменелости или объекта, содержащего органический материал.
Этот метод был разработан в 1946 году физиком Уильямом Либби, который смог с помощью ядерных реакций в атмосфере структурировать механизмы этого метода датирования.
13- Ядерная добыча
Горнодобывающая промышленность является одним из наиболее загрязняющих и дорогостоящих видов деятельности по эксплуатации ресурсов, который на протяжении десятилетий ставился под сомнение экологами и экологическими обществами.
Эрозия, загрязнение воды, потеря биоразнообразия или вырубка лесов - вот некоторые из серьезных повреждений, которые приносит горная промышленность. Однако сегодня это отрасль, которая абсолютно необходима для добычи полезных ископаемых, имеющих большое значение для человечества.
Горная промышленность требует огромного количества энергии, загрязняющей окружающую среду, чтобы функционировать на хорошем уровне, и эту проблему можно решить с помощью ядерной энергии. Были представлены проекты, в которых за счет строительства малых атомных электростанций в местах, близких к шахтам, можно было сэкономить до 50-60 миллионов литров дизельного топлива.
Отрицательные эффекты ядерной энергетики
Некоторые из опасностей использования атомной энергии заключаются в следующем:
1- Разрушительные последствия ядерных аварий
Один из самых больших рисков ядерной или атомной энергетики - это аварии, которые могут произойти на реакторах в любое время.
Как уже было продемонстрировано в Чернобыле или Фукусиме, эти катастрофы имеют разрушительные последствия для жизни с высоким уровнем загрязнения радиоактивными веществами растений, животных и воздуха.
Чрезмерное облучение может вызвать такие заболевания, как рак, а также пороки развития и непоправимый ущерб будущим поколениям.
2- Вредные эффекты трансгенных продуктов
Экологические организации, такие как Гринпис, критикуют метод ведения сельского хозяйства, защищаемый сторонниками ядерной энергии.
Среди других квалификаторов они утверждают, что этот метод очень разрушителен из-за большого количества потребляемой воды и масла.
Это также имеет экономические последствия, такие как тот факт, что эти методы могут быть предоставлены и доступны лишь немногим, что разоряет мелких фермеров.
3- Ограничение добычи урана
Подобно нефти и другим источникам энергии, используемым человеком, уран, один из наиболее распространенных ядерных элементов, имеет конечное значение. То есть он может закончиться в любой момент.
Вот почему многие выступают за использование возобновляемых источников энергии вместо ядерной энергии.
4- Требуются большие помещения
Производство ядерной энергии может быть дешевле, чем другие виды энергии, но стоимость строительства заводов и реакторов высока.
Кроме того, вы должны быть очень осторожны с этим типом строительства и с персоналом, который будет на нем работать, поскольку он должен быть высококвалифицированным, чтобы избежать любой возможной аварии.
Крупнейшие ядерные аварии в истории
Атомная бомба
На протяжении всей истории было множество атомных бомб. Первый произошел в 1945 году в Нью-Мексико, но двумя наиболее важными, без сомнения, были те, которые вспыхнули в Хиросиме и Нагасаки во время Второй мировой войны. Их звали Маленький человек и Толстяк соответственно.
Чернобыльская авария
Он произошел на АЭС в городе Припять, Украина, 26 апреля 1986 года. Он считается одной из самых серьезных экологических катастроф наряду с аварией на Фукусиме.
Помимо гибели почти всех рабочих завода, были эвакуированы тысячи людей, которые так и не смогли вернуться в свои дома.
Сегодня Припять остается городом-призраком, который был разграблен и стал туристической достопримечательностью для самых любопытных.
Авария на Фукусиме
Это произошло 11 марта 2011 года. Это вторая по значимости ядерная авария после Чернобыля.
Это произошло в результате цунами на востоке Японии, в результате которого были взорваны здания, где располагались ядерные реакторы, в результате чего во внешнюю среду вышло большое количество радиации.
Тысячи людей были эвакуированы, при этом город понес серьезные экономические потери.
Наряду с атомной энергетикой сложилась и развивается область неэнергетического использования ядерных технологий, дальнейшему развитию использования которых способствовало бы формирование устойчивого механизма инноваций в широком понимании. Каждому необходимо осознать востребованность на рынке, конкурентоспособность своей продукции, определить свой возможный вклад в развитие. Создание современной техники, приборного комплекса способствует повышению конкурентоспособности, как продукции отечественных производителей, так и самой ядерной энергетики. Чрезвычайно важно сохранение и развитие российской системы ядерного образования как важнейшей составной части развития ядерной энергетики.
Стратегия развития исходит из того, что уже в ближайшем будущем ядерные технологии, даже на базе хорошо освоенных технологий, может стать стабилизирующим фактором в топливно-энергетическом комплексе.
На протяжении последнего полувека атомная энергия нашла широкое применение в таких областях как сельское хозяйство и промышленность. В промышленности ядерные методы дают уникальные возможности выполнения точных измерений, которые экономят сырье и ресурсы. Испытана даже ядерная технология для уменьшения вредных выбросов при сжигании угля. В результате большая часть оксида серы (SO2) и оксида азота (NO2) выводится из газов и превращается в вещества, которые могут быть использованы в качестве удобрений: сульфат аммония ((NH4)2SO4) и нитрат аммония (NH4NO3).
В определенном диапазоне доз ядерные излучения обладают стимулирующим действием. Такая стимуляция обнаруживается у всех биологических объектов. Впервые эффект радиационной стимуляции был получен на растениях и описан М. Мальдинеем и К. Тувиненом в 1989 г. Ускорение прорастания семян, облученных рентгеновскими лучами, привлекло внимание многих исследователей, работавших с ионизирующими излучениями. В последующие годы появилось большое количество работ, посвященных радиационной стимуляции растений.
Облучение в малых дозах активно применяется в сельском хозяйстве для повышения урожайности растений; в животноводстве для повышения удоев, яйценоскости, увеличения скорости набора веса; в химической промышленности; в медицине и косметологии.
Ведущими направлениями в агрорадиобиологии являются: стимуляция, рост и развития растений, животных, радиационный мутагенез и селекция, защита растений ядерными методами, использование радиоактивных изотопов для изучения обмена веществ и других физиологических процессов, определяющих интенсификацию сельскохозяйственного производства.
С помощью ионизирующего излучения были получены важные результаты по преодолению тканевой несовместимости плодовых культур, что дало возможность повысить эффективность прививок в садоводстве.
Расширяется область использования ионизирующей радиации для борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур. Разрабатываются методы радио-стерилизации яблоневой плодожорки, выясняется эффективность такого метода для борьбы с этим опасным вредителе фруктовых садов.
Облучение семян в стимулирующих дозах перед их посевом приводит к ускорению прорастания семян, к увеличению урожая и улучшению его качества. Семена в момент их прорастания очень восприимчивы к действию различных физических и химических агентов, которые способны влиять на их развитие. Именно на этом основаны такие известные методы их обработки, как яровизация, прогрев УВЧ, намачивание в растворах ростовых веществ, микроэлементов, приводящих к ускорению развития и повышению урожая.
Метод гамма-облучения имеет ряд преимуществ:
простота и постоянство действия облучательных установок, для работы на которых не требуются высококвалифицированные специалисты;
равномерность воздействия на семена облучения;
точность дозировки при облучении;
возможность обработки больших объемов материала.
Радиоактивное излучение применяют для уничтожения вредных микроорганизмов. Облученные фрукты, овощи, молочные продукты сохраняются без порчи длительное время. Облучением стерилизуют консервы. Этот способ проще старого способа стерилизации путем нагревания, удобен для массового производства и обещает дать экономию средств. Картофель, облученный гамма лучами, не портится и не прорастает более года.
Применяя предпосевную обработку семян растворами солей радиоактивных изотопов, повышают их всхожесть и поднимают урожай на 17 –20 %.
Радиоактивным излучением убивают вредных насекомых. Опасным паразитом свиней являются трихины — черви, которые, попав в организм человека при употреблении свиного мяса, размножаются и вызывают тяжелое заболевание. Радиоактивная обработка обезвреживает свинину.
На птицефабриках облучают яйца. Благодаря этому из каждых 100 яиц в результате инкубации выводится в среднем 97 цыплят (на 7 штук больше, чем без облучения). Кроме того, куры, облученные в зародыше, несутся чаще.
С помощью воздействия излучения получены новые сорта гороха, горчицы, томатов, ячменя, устойчивые против полегания и отличающиеся повышенной урожайностью.
Облучение растений малыми дозами в период вегетации, предпосевное облучение семян, внесение радиоактивных удобрений особенно важно для тех климатических зон, где необходимо ускоренное созревание урожая.
Благодаря использованию радиоизотопов могут быть выполнены трудные и важные измерения, позволяющие обнаружить источники воды или пути распространения загрязнений, предприняты меры для опыления растений.
Ионизирующие излучения находят применение также в исследованиях, направленных на повышение продуктивности микроорганизмов. С помощью быстрых нейтронов ядерного реактора выведены радиомутанты клубеньковых бактерий с высокой азотфиксирующей способностью, оказавшиеся весьма эффективны в производстве бактериальных удобрений.
Эффективное использование удобрений имеет большое значение из-за их стоимости. Для многих стран их приобретение связано с большими расходами иностранной валюты. Удобрения, меченные радиоактивными изотопами (фосфор-32) или стабильными изотопами (азот-15) дают возможность определить, какая часть удобрений усваивается растениями, и какое количество их попадает в окружающую среду. Азот-15 позволяет также непосредственно оценить количество азота, усвоенного из атмосферы в полевых условиях.
- Радиобиология А. Д. Белов, В. А. Киршин, Н. П. Лысенко, В. В. Пак и др.; Под ред. А. Д. Белова. — М.: Колос, 1999. — 384 с: ил.
Основные термины (генерируются автоматически): окружающая среда, радиоактивное излучение, сельское хозяйство, ускорение прорастания семян.
Читайте также: