Atomenergia Ksztette Szab Blint 1 Az atomenergia helyzete

Atomenergia Készítette: Szabó Bálint 1

Az atomenergia helyzete • Fosszilis tüzelőanyagok – Jelenleg elsődleges energiaforrás. – Kimerülőben vannak. – Környezetszennyezőek. • Megújuló energiaforrások – A szolgáltatott energia mennyisége nem tervezhető. – Tipikusan alacsonyabb hatásfok. – A költséghatékonyság megkérdőjelezhető. • Biomassza (szinte bárhol fellelhető, tulajdonképpen el nem fogyó) – A fosszilis tüzelőanyagoknál jobban szennyezi a levegőt. • A kimerülőben levő fosszilis tüzelőanyagok és a megújuló energiaforrások 2040 -re az energiaigények legfeljebb 40%-át tudnák fedezni. • Megoldás: az atomenergia növekvő méretű alkalmazása. (Jó irányba haladunk? ) 2

Az atomenergia részesedése 1988 – 17%, de lassan csökken a Nemzetközi Atomenergia Ügynökség szerint 2015 -re 13%-ra csökkenhet. 3

Az atomenergia története • A nukleáris energiaforrás mindig is a rendelkezésünkre állt, de csak alig több mint 70 éve ismertük fel a jelentőségét. • A maghasadás felfedezése (1938) előtt az urán teljesen hasztalan anyagnak minősült. • 1951 -ben már működtek az első atomreaktorok. • 1954 és 1957 – Egzotikus reaktorok Nautilus (1954 -1983) atom-tengeralattjáró Lenin (1957 -1989) atomjégtörő hajó 4

Az atomerőművek működése • A legelterjedtebb atomerőművek kétkörösek, ezért ezek elvi működésének bemutatásáról lesz szó. • A szokványos hőerőművekhez hasonlóan az elektromos áram előállításához hőenergiát használnak. Hőenergia Mozgási energia Villamos energia • Az erőművek vizet melegítenek, majd a forró víz felhasználásával gőzt fejlesztenek. • Ez gőz a nyomáskülönbség miatt nagy sebességgel halad át egy vagy több turbinán. • A turbinákon áthaladó gőz meghatja a turbinákat. (H M) • Generátorok segítségével pedig M V. • Különbség: a hő előállításának a módja !!! – Hőerőművek esetén: tüzelőanyag égetésével. – Atomerőművek esetén: maghasadás jelenségének segítségével. 5

A maghasadás jelensége • Hasadóanyagba (Urán-235) egy lassú, kis energiájú neutron ütközik. • A hasadóanyag 2 hasadványmagra bomlik. • Felszabaduló energia: ~ 200 Me. V (Egy szénatom elégetése esetén 4 e. V). • Felszabadul még 2 -3 szabad neutron. Ezek gyorsak, tehát nagy energiájúak, de lelassíthatók velük kb. azonos tömegű részecskék ütköztetésével. A lassításra szolgáló anyagot nevezzük moderátornak. 6

Nukleáris láncreakció • Amikor a meghasadás termékeként létrejött neutronok újabb maghasadásokat idéznek elő. • Ha a láncreakció létrejött, akkor az erőmű a maghasadások egymásutánját önmaga állítja elő, tehát az energiatermelés további külső energia felhasználása nélkül folyamatossá vált. 7

A szabályozó rudak szerepe • A maghasadás során átlagosan 2, 4 szabad neutron keletkezik. Szabályozás nélkül akkora energia keletkezne, ami katasztrófához vezetne (atombomba). • A láncreakció fékezéséhez olyan anyagot használunk, ami elnyeli a szabad neutronokat (például: bóracél). /Szabályozórúd/ • Ezeket a szabályozó rudakat felülről eresztik be a reakciótérbe, úgy hogy könnyen kiemelhető legyen. A kiemelés „mértékével” szabályozható a maghasadások száma, ezáltal a termelt energia mennyisége. • Biztonsági funkció ellátása ! 8

A primer és a szekunder kör • • A maghasadás során létrejövő hasadványmagok a legtöbb esetben radioaktív anyagok. – Ezért a láncreakció helyeként szolgáló aktív teret és a fűtőanyaggal kapcsolatba kerülő vizet is el kell zárni a külvilágtól. – A maghasadás által felmelegített vizet egy külön zárt körben (ún. primer körben) keringetjük és egy hőcserélő segítségével egy másik vízkörnek, a szekunder körnek adjuk át a hőenergiát. Így a szekunder körben folyó víz teljesen elzárt a primer kör veszélyes, radioaktív közegétől, ezért az már biztonságosan használható gőz előállítására, és áramtermelésre. 9

Paksi Atomerőmű (PWR) Nyomottvizes reaktor: Olyan reaktor, amelynek a primer köri hűtőközege akkora nyomás alatt van, hogy abban a magas hőmérséklet ellenére (Pakson ~ 300 ºC) nem forr a víz. 1. Atomreaktor 2. Gőzfejlesztők (6 db) 3. Keringtető szivattyúk (6 db) 4. Fűtőanyag 5. Szabályozó rudak (37 db) 6. Térfogatkiegyenlítő 7. Hidroakkumulátorok (4 db) 8. Hermetikus tér fala 9. Gőzturbina 10. Vízleválasztó 11. Kondenzátorok 12. Kondenzszivattyú 13. Előmelegítő berendezés 14. Tápszivattyúk 15. Táptartály 16. Hűtővízszivattyú 17. Dobszűrő 18. Hűtővíz elfolyás 19. Generátor (2 db) 20. Transzformátor (2 db) 21. Villamos hálózat 10

Radioaktivitás alapjai • Az atom felépítése: – ~ 10 -14 m átmérőjű atommag (protonok és neutronok) – Az atommagot körülvevő elektronfelhő. • Az atom két legfontosabb jellemzője: – Rendszám = protonok száma – Tömegszám = protonok + neutronok száma • Adott rendszámú atommagban különböző számú neutron lehet. Az ilyen azonos rendszámú, de eltérő tömegszámú atommagok egy adott elem izotópjai. – Például: 11

A radioaktivitás fogalma • A ma ismert 112 elemnek több, mint 2500 izotópja létezik. • Ezek közül 249 stabil, az összes többi magától elbomlik, azaz radioaktív. • A radioaktív bomlás során minden esetben egy vagy több részecskét sugároz ki a mag. • A leggyakoribb radioaktív sugárzások: α-, β- és γ-sugárzás. Felezési idő (T 1/2): az az idő, ami alatt egy radioaktív izotóp adott számú atomjainak a fele elbomlik. 12

Radioaktív hulladékok • • Radioaktív hulladéknak azokat a radioaktivitást tartalmazó anyagokat tekintjük, amelyek további felhasználásra már nem alkalmasak és nem hasznosíthatók újra. 1996 -ban elfogadott "második atomtörvény" szerint a radioaktív hulladékok végleges elhelyezéséről való gondoskodás állami feladat, melynek költségeit - lehetőség szerint - a radioaktív hulladék keletkezését előidéző létesítménynek kell viselnie. • A radioaktív hulladékok csoportosítása: – halmazállapot szerint: • • • szilárd biológiai eredetű folyékony és nem tűzveszélyes folyékony és tűzveszélyes légnemű radioaktív hulladékok – hőfejlődés szerint: • kis és közepes aktivitású (itt a hőfejlődés az elhelyezés során elhanyagolható) • nagy aktivitású (hőtermelését figyelembe kell venni) – aktivitáskoncentráció szerint: • kis-, közepes- és nagy aktivitású radioaktív hulladékokékról beszélhetünk. – A felezési idő szerint: • rövid • közepes • hosszú élettartamú 13

Radioaktív hulladékok kezelése, tárolása és a végleges elhelyezés A kezelés függ a hulladék kategóriájától. • A kezelés fázisai: • Feldolgozás: a hulladék jellemzőinek megváltoztatása a biztonság és a gazdaságosság javítására. • Kondicionálás: szállításra, tárolásra, végleges elhelyezésre alkalmas hulladékcsomag előállítása • Minősítés: kondicionálás előtt és után • A tárolás kategóriái: – Pihentető tárolás (célja a kiégetett üzemanyag tárolása a rövidebb felezési idejű izotópok lebomlásáig, a hőteljesítmény jelentős csökkenéséig). – Átmeneti tárolás (radioaktív hulladékok és kiégett fűtőelemek ellenőrzött tárolása a végleges elhelyezést megelőzően). A végleges elhelyezés célja megakadályozni, hogy a radioaktív hulladékban levő radioizotópok kapcsolatba kerüljenek a bioszférával. • Felszíni tárolás • Felszínközeli tárolás (15 -30 m) – L'Aube (Franciaország, 1 millió m 3) – Drigg (Anglia, 800 ezer m 3) – Püspökszilágy (5000 m 3) • Mélygeológiai tárolás (Legalább 300 m mélységű) 14

Mennyi radioaktív sugárzás ér minket? • • Dózisfogalmak: – Elnyelt dózis: a besugárzott anyag egységnyi tömegében elnyelt energia. Mértékegysége: Gray (1 Gy=1 J/kg) – Egyenérték dózis: egy minőségi tényező segítségével figyelembe veszi a sugárzás fajtájából adódó eltéréseket. Mértékegysége: Sievert (Sv) – Effektív dózis: Szöveti súlytényező segítségével figyelembe veszi a testszövetek eltérő érzékenységét. (Sv) Mindenkit folyamatosan ér radioaktív sugárzás! – Természetes sugárzások a kozmikus térből (elsősorban a Napból), a földkéregből, és a saját szervezetünkből erednek. Mértéke: ~85%. – Mesterséges sugárterhelés mértéke ~ 15%. Ennek a 97%-a orvosi eredetű. • Az atomreaktorok működése az összes terhelésnek kevesebb, mint a 0, 01 %-át adja (kevesebbet, mint a világítós számlapú órák). • A paksi atomerőmű révén a környező lakosságot évente legfeljebb 2 órára jutó természetes sugárdózisnak megfelelő többlet-sugárterhelés éri! Ettől semmiféle egészségkárosodás nem léphet fel. 15

Lokális sugársérülés és a sugárbetegség • • • Determinisztikus hatásokról van szó, ezek a sugárterhelést követően rövid időn belül, kimutathatóan annak hatására következnek be. A determinisztikus hatások egy adott küszöbdózis felett mindenképpen jelentkeznek és alatt nem, valamint a hatás súlyossága nő a dózissal. – 0, 1 Gy: küszöbdózis (lymphocita-szám) – 1, 0 Gy: általános tünetek (hányás, hasmenés) – 3 -10 Gy: többi szerv sérülése Lokális sugársérülés: – Csak egyes szerveket / testrészeket ér nagy besugárzás. – Tünetek: fehérvérsejtek számának csökkenése, bőrpír, a szőrzet hullása. – A különböző szövetek „sugárállósága” nagyon eltérő. (Például ellenállóbbak: az izomszövet, a bőr és a csont). Sugárbetegség: – 1 Gy fölötti egésztest dózis esetén – Kezdeti szakasz (néhány óra múlva hányinger, étvágytalanság, fejfájás); Lappangási szakasz (a tünetek javulnak, a sérült jól érzi magát); Kritikus szakasz (Kezdeti tünetek súlyosabb formája – bőrbevérzések, sérülések, fertőzések az immunrendszer sérülése miatt); Lábadozási szakasz: a felépülés hónapokig is eltarthat. 16 – Halálos dózis: 8 Gy (Félhalálos dózis: 4 -5 Gy)

Csernobili atomkatasztrófa • • • Időpont: 1986. április 26. A baleset legelső közvetlen áldozata 3 fő ( 1 szívinfarktus miatt, 2 épület ráomlás miatti elhalálozás). Összesen 237 embert (erőművi dolgozót és tűzoltót) szállítottak akut sugárbetegség miatt korházba. Közülük: Becsült dózis (Gy) Betegek száma Halálesetek száma 6 -16 21 20 4 -6 21 7 2 -4 55 1 <2 140 0 Összesen: 237 28 • Később a korábbi 28 helyett összesen 50 ember halálát hozták közvetlen összefüggésbe a baleset utáni nagy sugárdózisok determinisztikus hatásával (zömük tűzoltó volt). 17

Felhasznált irodalom • Dr. Csom Gyula: Atomerőművek • Fenntartható fejlődés és atomenergia című tárgy jegyzetei • http: //www. romaikatkap. sulinet. hu/tanar/c/atomfizika/eromu/Paks. htm • http: //www. atomeromu. hu/ • http: //www. world-nuclear-news. org/ • http: //www. world-nuclear. org/ 18