Atomerőművek működési elve
Atomerőművek működési elve
Atomerőművek működési elve
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Atomenergetika<br />
Erőművek felépítése
Atomenergetika<br />
Az Európai Uniós atomerőművek jellemzése<br />
az összes villamosenergia 35%-át adják<br />
ám 2015 és 2030 között elérik a tervezett élettartamuk végét<br />
Franciaország – 86%; Magyarország – 40%<br />
nagyon megbízható áramellátást tesznek lehetővé hosszú<br />
távon stabil árakon.<br />
nem járnak semmiféle égéstermék keletkezésével, ezért<br />
környezetkímélők (nem járul hozzá az üvegházhatáshoz)<br />
700 millió tonna CO 2<br />
kibocsátás elkerülését teszik lehetővé, (például úgy lehetne<br />
elérni, ha egy évre leállítanánk az összes Európában futó gépkocsit.)
Atomenergetika<br />
legkoncentráltabb primer energiaforrás<br />
egy maroknyi urán ugyanannyi elektromos energiát ad, mint 70 t szén<br />
vagy 390 hordó olaj.<br />
Egy 1 milliós város energiaellátását szolgáló atomerőmű 3 kg uránt<br />
fogyaszt naponta.<br />
legkisebb fajlagos mennyiségű hulladék keletkezik.<br />
Atomerőművi szilárd hulladék csak egy ezred része a széntüzelésű<br />
erőmű hulladékának.
Kapcsolódó fogalmak<br />
Bomlási sor vagy radioaktív bomlási sor:<br />
A radioaktív elem atomjainak bomlási lépéssorozata. Minden<br />
lépésben egy-egy új elem atomja keletkezik és a sort egy<br />
stabilis atommal rendelkező elem képződése zárja le.<br />
Felezési idő:<br />
Az az időtartam, amely alatt egy radioaktív elem mintájában<br />
lévő atomok fele elbomlik. Ugyanezen idő alatt a kibocsátott<br />
sugárzás felére csökken.<br />
Különböző radioaktív anyagok felezési ideje különböző lehet: pl.<br />
uránium-238: 4,5 milliárd év,<br />
rádium-221: 30 másodperc.
Kapcsolódó fogalmak<br />
Aktivitás<br />
Aktivitásnak nevezzük az 1 másodperc alatt bekövetkező<br />
bomlások számát.[Bq]- Becquerel<br />
Radioaktív hulladékok csoportosítása aktivitás szerint:<br />
kis aktivitású hulladék: 500 000 Bq/kg alatt<br />
közepes aktivitású hulladék: 500 000 Bq/kg - 5 000 000 kBq/kg<br />
nagy aktivitású hulladék: 5 000 000 kBq/kg felett.<br />
A magátalakításoknál keletkező magok gyakran nem stabilak,<br />
radioaktív bomlás során egy másik elemmé alakul .<br />
Urán plutóniummá alakul, mely mesterséges elem. A periódusos rendszer<br />
utolsó természetes tagja az U, a Pu kettővel utána következik
<strong>Atomerőművek</strong> <strong>működési</strong> <strong>elve</strong><br />
A hagyományos hőerőművek kazánjában lezajló<br />
égés helyett, a reaktorban lezajló folyamatok<br />
termelik az energiát, amellyel a vizet gőzzé<br />
alakítják, s a gőz (hasonlóan mint a<br />
hőerőművekben) a turbógenerátorokat<br />
meghajtva villamos energiát termel.<br />
Az atomerőművek a bomlási (hasadási)<br />
magreakció, fisszió energiájával fűtött<br />
hőerőművek (villamos energia).
<strong>Atomerőművek</strong> <strong>működési</strong> <strong>elve</strong><br />
Az urán izotópjai: urán-235 és urán-238 (7:1000)<br />
U-238-as atommagja neutronnal ütközve nehezebben hasad,<br />
mint U-235<br />
U-238 átalakulhat plutónium-239-vé, de ez<br />
folyamat (az U-235 hasadási esélyét rontja)<br />
neutronnyelő<br />
MEGOLDÁS:<br />
U-235 dúsítása-speciális ultracentrifugálás<br />
neutronok mozgását moderátorral lassítják (ütközési esély növelése)
Uránfelhasználás folyamata<br />
Urán bányászat: külszíni fejtéssel (Magyarországon Kővágószőlős)<br />
(mélyfejtés nem gazdaságos -1200m-en 70°C van)<br />
UF 4<br />
alakjában és U 3<br />
O 8<br />
-sárga, nedves massza formában<br />
Átalakítás: dúsítással U-235 mennyiségét 0,7%-ról 2-4%ra<br />
növelik<br />
Fűtőelemgyártás:<br />
UO 2<br />
tokba helyezik ( ceruza), ezeket 6-szöletű vékony, víz<br />
ellen szigetelt csövekbe töltik<br />
Felhasználás: reaktorokban<br />
Reprocesszionálás: a még hasznosítható urán és plutónium<br />
szétválasztása a keletkezett hulladékoktól<br />
Ideiglenes tárolás; végső elhelyezés
Uránfelhasználás folyamata
<strong>Atomerőművek</strong> <strong>működési</strong> <strong>elve</strong><br />
U-235 maghasadása: atommagot körülvevő neutronok atommagnak<br />
ütköznek,<br />
két újabb (gyors) neutron keletkezik<br />
ezek atommagtól kirepülve újabb atommagokat hasítanak<br />
A folyamat nagy hőtermelődéssel jár
<strong>Atomerőművek</strong> <strong>működési</strong> <strong>elve</strong><br />
Láncreakció kiváltására és fenntartására csak a kis energiájú<br />
ún. termikus vagy lassú neutronok alkalmasak. A gyors<br />
neutronokat termikus sebességre kell lassítani. (ne legyen<br />
robbanásszerű hőfejlődés)<br />
Ezt valósítja meg a<br />
moderátor közeg:<br />
• Közönséges víz<br />
Hátránya: hidrogénje<br />
sok neutront befog<br />
• Nehézvíz<br />
ritkán használják<br />
• Grafit<br />
Hátránya:atommagja<br />
lényegesen nagyobb a vizénél<br />
tehát lassító hatása rosszabb.
<strong>Atomerőművek</strong> <strong>működési</strong> <strong>elve</strong><br />
A ma működő atomerőművek többségében tehát az 235-ös<br />
uránizotóp hasadásának energiáját hasznosítják.<br />
Az erőművek fűtőanyaga urán-dioxid, vagy urán-karbid<br />
pasztillák formájában kerül a reaktorba. A pasztilla<br />
ceruzaelem méretű, melyből több millió szükséges.<br />
A pasztillákat speciális cirkónium-ón-krómnikkel-vas<br />
ötvözetekből készült csövekbe töltik (fűtőelem), melyeket<br />
nyalábokba összefogva helyeznek el a reaktorban.
Urán-dioxid pasztillák és fűtőelem
<strong>Atomerőművek</strong> <strong>működési</strong> <strong>elve</strong><br />
maghasadás hőjét a reaktorból <strong>elve</strong>zethetik :<br />
Közvetlenül :vízzel nyeletik el a reaktor hőjét és gőz keletkezik<br />
Közvetve: reaktornak van egy ún. primer vagy nyomott vizes<br />
köre, melyben a nagyobb nyomású víz egy hőcserélő<br />
segítségével párologtatja el a szekunder körben lévő, légköri<br />
nyomású vizet.<br />
A szekunder körben keletkező gőzt vezetik a turbinára. A<br />
turbina generátort működtet, mely elektromos áramot állít<br />
elő.
<strong>Atomerőművek</strong> <strong>működési</strong> <strong>elve</strong>
Reaktorok típusai<br />
Könnyűvizes reaktorok: ezekben mind a<br />
moderátor, mind a hűtőközeg könnyűvíz (H 2<br />
O).<br />
- forralóvizes (BWR: Boiling Water Reactor) reaktorok<br />
- nyomottvizes (PWR: Pressurized Water Reactor) .<br />
Nehézvizes reaktorok: a moderátor, és a hűtőközeg is<br />
nehézvíz (D 2<br />
O).<br />
Grafitmoderátoros reaktorok:<br />
- gázhűtésű reaktorok (GCR: Gas Cooled Reactor), és a<br />
- könnyűvíz hűtésű reaktorok (RBMK)
Reaktorok típusai<br />
Forralóvizes reaktor(BWR: Boiling Water Reactor)<br />
1 Reaktortartály 7 Tápvíz 13 Hűtővíz<br />
2 Fűtőelemek 8 Nagynyomású turbina 14 Tápvíz előmelegítő<br />
3 Szabályozórúd 9 Kisnyomású turbina 15Tápvízszivattyú<br />
4 Keringtető szivattyú 10 Generátor 16 Hűtővízszivattyú<br />
5 Szabályozórúd hajtás 11 Gerjesztőgép 17 Betonvédelem<br />
6 Frissgőz 12 Kondenzátor
Reaktorok típusai<br />
Nyomottvizes reaktor (PWR: Pressurized Water Reactor)<br />
1 Reaktortartály 8 Frissgőz 14 Kondenzátor<br />
2 Fűtőelemek 9 Tápvíz 15 Hűtővíz<br />
3 Szabályozórudak 10 Nagynyomású turbina 16 Tápvíz szivattyú<br />
4 Szabályozórúd hajtás 11 Kisnyomású turbina 17 Tápvíz előmelegítő<br />
5 Nyomástartó edény 12 Generátor 18 Betonvédelem<br />
6 Gőzfejlesztő 13 Gerjesztőgép 19 Hűtővíz szivattyú<br />
7 Primer köri keringtető szivattyú
Reaktorok típusai<br />
Nehézvizes reaktor
Reaktorok típusai<br />
Grafitmoderátoros, gázhűtéses reaktor
1 üzemanyag<br />
2 Nyomócső<br />
3 Grafit<br />
4 Szabályzórúd<br />
5 Védőgáz moderátor<br />
6 Víz/gőz<br />
7 Cseppleválasztó<br />
8 Gőz a turbinához<br />
9 Gőzturbina<br />
10 Generátor<br />
11 Kondenzátor<br />
12 Hűtővíz szivattyú<br />
13 Hő<strong>elve</strong>zetés<br />
14 Tápvízszivattyú<br />
15 Előmelegítő<br />
16 Tápvíz<br />
Reaktorok típusai<br />
Grafitmoderátoros, vízhűtéses reaktor<br />
17 Víz visszafolyás 19 Vízelosztó tartály 21 Betonárnyékolás<br />
18 Keringtető szivattyú 20 Acélköpeny 22 Reaktorépület
Paksi atomerőmű<br />
A szovjet tervezésű magyarországi atomreaktor VVER-<br />
440 (Voda-Voda Energeticseszkij Reaktor) típusú,<br />
könnyűvízzel hűtött és moderált, tartálytípusú,<br />
nyomottvizes reaktor<br />
Jellemzői:<br />
Hőteljesítmény: 1375 MW,<br />
Villamos teljesítmény: 2x220=440 MW<br />
Reaktortartály: a hűtőközeg 125 bár nyomású;<br />
30 éves élettartam.<br />
A reaktorból 2x3 hűtőkör szállítja a hőt a gőzfejlesztőhöz<br />
(primer kör).<br />
2 db turbinát működtet a 47 bar nyomású telített gőz<br />
(szekunder kör).
Paksi atomerőmű<br />
Normális üzem esetén az atomerőmű személyzetét és<br />
környezetét védelmét biztosítja, hogy a reaktort és a<br />
primerkör radioaktív berendezéseit megfelelő<br />
vasbeton termekben helyezték el.<br />
Legnagyobb üzemzavari esetként a reaktortervezés a<br />
primerköri csővezeték törésével<br />
ével számol. A reaktor és<br />
primer rendszer kialakítása ebben az esetben is<br />
meggátolja mind a reaktor aktív zónájának<br />
megolvadását, mind az eltört vezetéken kiszabaduló<br />
radioaktív anyag környezetbe jutását.
Paksi atomerőmű
Paksi atomerőmű reaktora
Paksi atomerőmű reaktora
Radioaktív hulladékok tárolása<br />
évezredeken keresztül is veszélyes<br />
térfogata kicsi (1000MW-os erőmű éves hulladéka 2 m 3 )<br />
előkezelt csak szilárd hulladékot üvegképző anyagokkal<br />
keverik<br />
keveréket olvasztókamrában 1500 °C-ra hevítik<br />
üveg ömledéket rozsdamentes acéltartályokba öntik
Radioaktív hulladékok tárolása<br />
Az öntés után lehűlt acéltartályokat<br />
leforrasztják ésspeciális<br />
beton kamrákban vagy<br />
aknában tárolják, ahol<br />
folyamatos hűtést kell<br />
biztosítani,mert még<br />
ezután is hőt termelnek.<br />
Folynak kísérletek az üveg<br />
kerámiával való kiváltására.
Radioaktív hulladékok tárolása<br />
http://www.uic.com.au/graphics/storpondthorp.gif
Radioaktív hulladékok végső elhelyezése<br />
Finnország: az első engedélyezett hely-Balti tenger<br />
USA: Yucca- sivatag hegységében folytatnak vizsgálatokat<br />
Oroszok:<br />
egyes plutóniumos tengeralattjáróban a hűtőközeg<br />
folyékony Pb-Bi volt.<br />
A Pb-Bi hideg hatására megszilárdul<br />
A kiszuperált tengeralattjárók temetője az Északi-Tenger egy<br />
Oroszországi „holt” tengerrészében van.<br />
Ebben a tengerrészben nincs áramlás, élővízzel nincs kapcsolat.<br />
Az esetleg elsüllyedő vagy sérült roncsokból nem jut ki sugárzó<br />
anyag, mert a Pb-Bi megakadályozza.<br />
Mindemellett a környező terület lakatlan.<br />
Kimerült bányákba helyezés bizonytalan-az U vízoldékony!
Nukleáris balesetek<br />
USA(’40s): megfutott a reaktor; a reaktor hűtővize elgőzölgött és kilőtte<br />
a szabályzórudat. A két kezelő a szabályzórudat kézzel mozgatta-ma már<br />
ezt nem lehet.<br />
Anglia(1954):gázhűtésű reakotrban grafittűz ütött ki, mivel a garfitban<br />
összegyűlt energiát nem vonták el.Többszörös vízmennyiséggel hűtötték<br />
le.A kikerülő radióaktív metil-jodid ellen a lakosság nem radióaktív<br />
(elnyelő) jódot kapott. A létesítményt a 90-es években lebontották.<br />
USA-Herrisburg(1976): a személyzet képzettlensége miatt a<br />
reaktorból a cirkónium elgőzölögtette a vizet. Szennyeződés nem<br />
történt,mert a védőrendszer nem engedte át a rádióaktivitást.10 év múlva<br />
fértek hozzá: 20% maradt épen.<br />
Csernobil(1986):forralóvizes, grafitmoderátorú reaktora volt. Egy<br />
kísérlet miatt kiiktatták a összes biztonsági rendszert. (szabályzórúd<br />
besüllyesztés,teljesítménycsökkenés, kisegítő hűtőrendszer leállítás, kritikus<br />
30MW teljesítmény-szennyeződés, szabályzórudak kiemelése,<br />
teljesítményemelkedés, vészjelzések lekacsolása, ugrásszerű telj növekedés,<br />
fűtőelem szétesés,gőzrobbanás )
Hasadás és fúzió<br />
Atommagok hasadása és egyesülésekor óriási energia szabadul fel.<br />
hasadás=atommag osztódás<br />
fúzió=több kisebb atommagból egy nagyobb keletkezik(sokkal<br />
nagyobb energiamennyiség szabadul fel)<br />
http://berzsenyi.tvnet.hu/tanszek/szam/gurdon/szakdolgozat/keptar/Cernn.jpg<br />
Részecskegyorsító fúziós<br />
alagút egy részlete.
Atomenergia-atombomba<br />
Ha hasadáskor kevés hasadóanyag van jelen, akkor a<br />
neutronok károkozás nélkül jutnak a levegőbe.<br />
Ha a hasadóanyag mennyisége elég nagy, a neutronok<br />
atommagokkal ütköznek, mielőtt a levegőbe jutnának.<br />
Ez a mennyiség a kritikus tömeg .<br />
A beindult láncreakció a másodperc 1milliomod<br />
részénél rövidebb idő alatt robbanásszerű energiafelszabadulást<br />
okoz.
Az atombomba jellegzetes felhője
Atomenergia-atombomba<br />
Energiafelszabadulás oka, hogy 1 nehéz atomból keletkező kisebb<br />
atomok súlya kisebb<br />
A súlykülönbözet energiává alakul és a felszabadulva a megoszlása<br />
a következő:<br />
50% a robbanásra fordítódik<br />
1/3-ad rész energia hőenergiává alakul<br />
(hőfok olyan magas, hogy 6,5 km-en belül minden elég)<br />
Maradék gamma és röntgen sugárzás formájában távozik<br />
(milliónyi radioaktív részecske kerül a környezetbe)<br />
Egy (hasadó) atombomba 20 000 tonna TNT energiájával egyenlő.<br />
Egy (fúziós) termonukleáris hidrogénbomba ereje 2-90 millió tonna TNT<br />
energiájával lehet azonos.
Hidrogénbomba
Földalatti hidrogénbomba műve
Atombomba pusztítása
Change language