Atomenergia. Láncreakció, atomreaktorok, atombomba és ezek rövid története

Átírás

1 Atomenergia Láncreakció, atomreaktorok, atombomba és ezek rövid története

2 Előzmények Az energia - amiből korábban sosem volt elég - bőségesen itt van körülöttünk, csak meg kell találnunk hozzá a kulcsot. - H. G. Wells, A fölszabadult világ, 1913 Az atomenergia felszabadítása - Második tűzgyújtás Szilárd Leó szabadalma Egy neutronokkal működő láncreakcióra - pontosítás: kritikus tömeg - hibás tömegek (Aston), Berilium, sikertelen kísérletek, majdnem vissza is vonja

3 Maghasadás spontán: a természetben ritkán jön létre nehéz atommagoknál (stabilitás miatt), pl. 235 U - 0,7%, többi nagyrészt 238 kényszerített (magfisszió) - lövedék (neutron) hatására hasadás Mivel az atommag kisebb, stabilabb, alacsonyabb energiaszintű atomokra bomlik energia szabadul föl

4 Maghasadás: fontos áttörések Otto Hahn, Fritz Strassmann (német) - atommaghasadás létrehozása - U + n Bárium - alacsonyabb rendszám hasadás! (Otto Frisch és) Lise Meitner (osztrák) - elméleti megerősítés Kísérletek és számítások indulnak - Uránnál: számos hasadványpár, átlag 2-3 neutron, kiderülnek Aston hibás mérései

5 Láncreakció Ha a hasadáskor felszabaduló neutronokat újra lövedékként használjuk föl láncreakció indulhat be, folyamatos energia felszabadulás

6 A láncreakció feltételei sokszorozási tényező: k = újabb hasadások / elhasadt magok (generációnként) k = 1 - kritikus állapot (normális) (szabályozott - reaktor) k < 1 - szubkritikus (leáll) k > 1 - szuperkritikus (lavinaszerű megugrás) (szabályozatlan - bomba)

7 A láncreakció feltételei Megfelelő sebességű neutronok nagy energiájú, gyors neutron befogja, ritkán hasad, 235 hasadásakor keletkezik kisebb energiájú, termikus neutron a megfelelő - kezelhetőbb, 235-öt hasítja moderátor, lassítás

8 A láncreakció feltételei dúsítás és kritikus tömeg - ha kicsi a térfogat, és nagy a felület, a neutronok megszöknek A kritikus tömeg függ: - geometriai elrendezéstől (pl. fentiek miatt gömb) - a hasadó izotóp fajtájától - a dúsítás mértékétől Ezek különösen szabályozatlan láncreakciónál fontosak, nehezebben megvalósíthatóak, nagyobb mértékű dúsítást is igényel

9 Atommáglya metallurgiai központ chicago-i egyetem az első önfenntartó láncreakció

10 Atomreaktor reaktor - aktív zóna moderátor - lassító közeg, neutronhoz hasonló méretű atommagok szabályozó rúd - neutron elnyelés

11 Atomerőmű

12 Az első atomerőmű Obnyinszk Szovjet atomprogram keretében, kisebb RBMK urán grafit moderátor vízhűtés

13 Reaktortípusok Paks - nyomottvizes Csernobil - RBMK (pozitív üregtényező!)

14 Előnyök 1 kg U kb kg kőszénnek felel meg energia kinyerésben - 2,5TJ nincs CO2 kibocsátás, sem O2 felhasználás környezetkímélő Paks - 40% - át adja az energiánknak (4 * 460 MW elektromos teljesítmény) A világ atomerőművei - ~ 17% (~400 reaktor, ~ MW) Német Energiewende - nem jött be (CO2, francia atomenergia)

15 Nehézségek: Biztonság és környezetterhelés px - biztonságos üzemelés, megfelelő vészleállítás lehetősége - 0,0002 msv a megengedett (kevesebb mint 1 óra háttérsugárzás!) - környezeti hatás: üzemelésben & atomhulladék elhelyezésben - INES - pl. Csernobil 7 - legnagyobb, 2003, Paks - 3 (nem kellett védelmi intézkedés) - Biztonságos leszerelés nehézsége, költséges, rövid élettartamú (30-50 év) beruházás

16 Balesetek Csernobil (7es az INES skálán) - régi típusú RBMK reaktor, kísérlet miatt leállított vészleállítás, felforr a hűtővíz pozitív üregtényező megszalad, hulladék Fukushima - földrengés, cunami - balesetsorozat, zónaolvadás (urán rudak leolvadnak) A kár igazán nem felmérhető, csak a közvetlenül Csernobilt övező területen (rákkockázat emberi hiba, nem biztonsági biztos, intézkedések hogy jelentősen hiánya növekedett), ami biztos, hogy a nem megfelelő tájékoztatás és a pánik is kár okozó volt (pl. abortuszpánik)

17 Az atombomba 1940 környékén már a különböző hatalmak kezdik felfedezni az atombomba lehetőségét Heisenberg: A német fizikusok tudnak, de nem akarnak atombombát (Teller, Wigner), építeni Szilárd, Einstein - levél Roosevelt-nek Bohr megijed, csak az első felét viszi hírül a mondatnak. Az amerikai Elnök úr! hírszerzés Enrico Fermi később Szilárd sem közli Leó kutatásai, ezt a bombán amikről dolgozó a tudósokkal kéziratban értesültem, engem arra a következtetésre vezettek, hogy az urán nevű kémiai elem a közeljövőben az energia új és fontos forrásává tehető

18 A Manhattan terv Los Alamos, Új Mexikó Oppenheimer Neves tudósok: Teller, Szilárd, Feynmann, Hans Bethe Alamogordo sivatag, sikeres próba robbantás (Trinity)

19 Atombomba típusok Urán - focilabdányi félgömbök összelökése kritikus tömeg elérése Plutónium - spontán hasadások miatt nem lehet hasonlóan gömbhéj, implózió Finom elektronikus gyújtás, befókuszálás Neumann (mint lökéshullámok tüzérségi szakértője, Számítási csoport, IBM gépek

20 Szomorú események - amikor bevetették Aug. 6 és 9 - Hirosima (Little Boy, urán) és Nagaszaki (Fat Man, plutónium) Tudósok lobbizása ellene (Szilárd Leó, Einstein) - sikertelen Oroszoknak erő demonstráció Szórtak röplapokat a civil áldozatok csökentése miatt - tanácsok követése ellen parancs

21 Források es tankönyv (jó összefoglaló!) Marx György: A marslakók érkezése