Atomreaktorok üzemtana Az üzemelő és leállított reaktor, mint sugárforrás
Atomreaktorban és környezetében keletkező sugárzástípusok és azok forrásai Milyen típusú sugárzások keletkeznek? Melyik ellen milyen körülmények között kell védekezni? Miért fontosak ezek? Hol jön létre a sugárzás? Milyen folyamatokban, illetve milyen nuklidokból keletkezik? Hogyan függ a sugárforrás intenzitása az üzemállapottól? Milyen védelmi anyagok vannak és mik ezek tulajdonságai?
VVER-44 biológiai védelme védőcsőblokk felső rácslemez melegági csonkok hajtások védőcsövei védőcsőblokk felső rácslemez akna melegági csonkok hidegági csonkok hajtások védőcsövei bóros száraz keverék szerpentines nehézbeton szerpentines könnyűbeton védőcsőblokk alsó rácslemez bóros száraz keverék szerpentines nehézbeton hidegági csonkok akna reaktortartály akna hővédelem szerpentines könnyűbeton védőcsőblokk alsó rácslemez zónakosár reaktortartály vasbeton kosár alsó rácslemez fékezőcsőblokk felső rácslemez fékezőcsövek és védőcsövek fékezőcsőblokk alsó rácslemez akna zónakosár hengerpalástja kavicsbeton fékezőcsőblokk felső rácslemez fékezőcsövek/ védőcsövek fékezőcsőblokk hengerpalástja fékezőcsőblokk alsó rácslemez perforált elliptikus fenék perforált elliptikus fenék
Keletkezés helye szerint Aktív zóna Zónát körülvevő térrész (üzem közben) Felaktiválódott szerkezetek (védelem is!) Primer kör (hűtőközeg és a csővezetékek is)
Keletkezés módja szerint n-források Hasadás: Spontán Indukált Alfa-n reakciók Gamma-n reakciók n-emisszió -források Hasadás: Prompt fotonok Késői fotonok (béta-bomlás kísérője) Neutronbefogás (n, ) reakciók Felaktiválódott nuklidok
Neutronforrások
Hasadási neutronok integrális energia-spektruma
A 244 Cm és a 252 Cf valamint a 235 U gerjesztett hasadása során keletkező neutronok energiaspektruma
A spontán hasadó izotópok adatai Izotóp Felezési idő Felezési idő a spontán hasadásra T sf sf s -1 Fajlagos neutronhozam, neutron sg 235 U 7,4 1 8 a 1 1 19 a 2,198 1-27 5,633 1-6 Mennyisége, * g tonna U 236 U 2,342 1 7 a 2,5 1 16 a 8,787 1-25 2,242 1-3 418 238 U 4,468 1 9 a 8,2 1 15 a 2,68 1-24 6,782 1-3 237 Np 2,14 1 6 a >1 1 18 a <2,197 1-26 <5,583 1-5 75 238 Pu 87,74a 4,75 1 1 a 4,626 1-19 2,3 2,69 1 3 22 239 Pu 2,41 1 4 a 8 1 15 a 2,747 1-24 6,923 1-3 528 24 Pu 657 a 1,16 1 11 a 1,894 1-19 2,7 9,84 1 2 217 241 Pu 14,4 a <6,1 1 16 a >3,663 1-25 >9,154 1-4 12 242 Pu 3,76 1 5 a 6,77 1 1 a 3,246 1-19 2,15 1,74 1 3 35 241 Am 432,1 a 1, 1 14 a 2,197 1-22 5,491 1-1 5 243 Am 738 a 2, 1 14 a 1,99 1-22 2,724 1-1 9 242 Cm 162,8 d 7, 1 6 a 3,139 1-15 2,61 2,4 1 7 9,6 244 Cm 18,11 a 1,32 1 7 a 1,665 1-15 2,8 1,15 1 7 33 252 Cf 2,64 a 85 a 2,585 1-1 3,77 2,33 1 12 Megjegyzés: * - PWR reaktorra 33 MWnap/tonna kiégési szintnél A kivastagított számok egysége: hasadás/sg
PWR-es reaktor fűtőelemének spontán hasadásból származó fajlagos neutronhozama a kiégetési szint függvényében
PWR-es reaktor fűtőelemének spontán hasadásból származó fajlagos neutronhozama a leállítás után eltelt idő függvényében
Fotoneutron-reakciók
A 2 H(,n) 1 H reakció hatáskeresztmetszetének energiafüggése
Fotonforrások
A prompt gamma-fotonok energia szerinti eloszlása E, MeV N(E), /hasadás M(E), MeV/hasadás,5 1, 1,5 2, 2,5 3, 3,5 4, 4,5 5, 5,5 6, 6,5 3,1 1,9,84,55,29,15,62,65,24,19,17,7,4 1,55 1,9 1,26 1,1,725,45,217,26,18,95,94,42,26 Összesen 7,28 7,827
A hasadványokból kilépő gamma-sugarak energia szerinti eloszlása Energia- Energia-intervallum, Effektív energia, M(E) csoport MeV MeV 1 2 3 4 5 6 7,1-,4,4-,9,9-1,35 1,35-1,8 1,8-2,2 2,2-2,6 2,6,4,8 1,3 1,7 2,18 2,5 2,8 MeV hasadás,645 3,87,645 1,6,677,29,32 MeV* Ws 2, 1 1 1,2 1 11 2, 1 1 3,3 1 11 2,1 1 1 9, 1 9 1, 1 9 Összesen: 7,219 2,24 1 11 */ A gamma-fotonok energiája a reaktor által termelt 1 Ws energiára vonatkoztatva
A prompt befogási gamma-sugarak energia szerinti eloszlása Target Gamma-foton/1 befogás Legnagyobb foton- mag -1 MeV 1-2 MeV 2-3 MeV 3-5 MeV 5-7 MeV 7-9 MeV > 9 MeV energia, MeV 1 H H(D) 1 1 2,23 6,244 Li - - - - ~4 ~6 7,26 Be 54 73 6,8 1 B >11 >28 6,8 11,43 C 1 4,95 14 N - - - >54 11 15 12 1,833 O - - - - - - - - Na >96 127 187 7 31 6,41 Mg - - >28 >72 1 3,3,57 11,89 Al >236 195 69 62 19 19 7,724 Si >1 63 3 89 11 4,1,1 1,59 P >29 97 55 98 27 7,2 7,94 Cl >49 85 41 47 55 24 8,55 K >1 81 57 16 37 4,7 9,36 Ca >14 191 77 85 64 1,8 7,83 Ti >54 16 16 24 78 1,3,2 1,47 V >83 132 11,4 21 67 16 7,98 Cr >85 41 21 12 23 39 6,4 9,716 Mn >125 91 6 5 34 17 7,261 Fe >75 6 27 23 25 38 2,1 1,16 Co >61 26 17 42 52 8,5 7,486 Ni >84 4 23 23 34 62,8 8,997 Cu >68 47 26 3 27 43 7,914 Zr - - - 113 35 4 8,66 Nb - - - 54 14,4 7,19 Mo >137 >18-84 26 3,3 9,15 Rh >91 99 61 38 1 6,792 Cd >135 92 96 73 17 1,1 9,46 Sn >216 153 67 139 33 4,4 9,35 Eu 16 153 19 56 6,5 6,5 Gd 194 117 1 23 34,3 7,33 Dy 9 12 16 43 1 6,1 Hf >137 137 85 52 12,5 7,62 W >68 82 59 53 15,5 7,42 Au >1 69 33 68 38,1 6,494 Pb 7 93 7,38 Bi 1 4,17
Egy 1 MWe teljesítőképességű reaktor és az ahhoz kapcsolódó üzemanyagciklus teljes aktivitás-készlete Termék- csoport Hasadási termékek Az üzemelő reaktor radioktivitás- készlete, 1 6 GBq (1 6 Ci), % 4,429 1 5 (1197) 76,75% Aktinidák 1,337 1 5 (3614) 23,17% Aktivációs termékek 477,3 (12,9),8% Összesen 5,771 1 5 (15596,9) 1% Az eltávolított kiégett üzemanyag radioaktivitáskészlete, 1 6 GBq/év (1 6 Ci/év), % Kiszereléskor 15 nap hűtés után 1 év hűtés után 1,469 1 5 (397) 76,76% 4,433 1 4 (1198) 23,16% 158,36 (4,28),8% 1,914 1 5 (5172,28) 1% 481 (13) 96,% 164,65 (4,45) 3,29% 35,779 (,967),71% 51,43 (135,417) 1% 369,26 (9,98) 78,96% 94,35 (2,55) 2,18% 4,33 (,19),86% 467,64 (12,639) 1%
A radioaktivitáskészlet alakulása a reaktor leállítása után Termék- Radio- Felezési csoport H A S S D Á Az üzemelő reaktor reakti- izotóp idő vitás-készlete 1 6 GBq (1 6 Ci) Az eltávolított kiégett üzemanyag radioaktivitáskészlete, 1 6 GBq/év (1 6 Ci/év). Kiszereléskor 15 nap hűtés után 1 év hűtés után H-3 12,26 a 2,675 (,723),892 (,241),884 (,239),514 (,139) Kr-83m Kr-85m Kr-85 Kr-87 Kr-88 Kr-89 Kr-9 1,86 h 4,4 h 1,76 a 76m 2,8 h 3,18 m 33 s 211,27 (5,71) 636,4 (17,2) 42,92 (1,16) 1258 (34,) 1813 (49,) 2286,6 (61,8) 2164,5 (58,5) 7,3 (1,9) 21,9 (5,7) 14,17 (,383) 418,1 (11,3) 61,5 (16,5) 751,1 (2,3) 839,9 (22,7) 13,8 (,373) 7,47 (,21) S Kr-össz. 2 1,2 1 4 (325) 3984,9 (17,7) 13,8 (,373) 7,47 (,21) I T E R M É K E K Sr-89 Sr-9 52,7 d 27,7 a 2649,2 (71,6) 288,6 (7,8) 88,6 (23,8) 95,46 (2,58) 119,14 (3,22) 94,72 (2,56) 74,74 (2,2) Sr-össz. 2 1,95 1 4 (526) 6438 (174) 213,86 (5,78) 74,74 (2,2) I-129 1,7 1 7 a 1,12 1-4 3,7 1-5 3,77 1-5 (1,2 1-6 ) 3,81 1-5 (3,3 1 6 ) (1, 1-6 ) (1,3 1-6 ) I-131 8,5 d 266,3 (71,9) 884,3 (23,9) 2,22 1-3 (6,1 1-5 ) I-132 2,26 h 3811 (13) 1265,4 (34,2) I-133 2,3 h 569 (137) 1687,2 (45,6) I-134 52,2 m 5772 (156) 1916,6 (51,8) I-135 6,68 h 4551 (123) 155,9 (4,7) I-136 83 s 1998 (54,) 662,3 (17,9) I-össz. 2 3,76 1 4 (117) 1,25 1 4 (337) 2,26 1-3 (6,11 1-5 ) 3,81 1-5 Xe-131m Xe-133m Xe-133 Xe-135m Xe-135 Xe-137 Xe-138 Xe-139 11,8 d 2,26 d 5,27 d 15,6 m 9,14 h 3,9 m 17,5 m 43 s 21,53 (,582) 121,73 (3,29) 569, (137,) 1361,6 (36,8) 95,9 (25,7) 4884 (132) 4736 (128) 3959 (17) 7,14 (,193) 4,33 (1,9) 1687,2 (45,6) 451,4 (12,2) 315,24 (8,52) 162,6 (43,8) 1572,5 (42,5) 1317,2 (35,6) 3,35 1-3 (9,5 1-5 ) Xe-össz. 2 2,52 1 4 (68) 8325 (225) 3,35 1-3 (9,5 1-5 ) Cs-134 Cs-137 2,46 a 3, a 73 (19,) 367,4 (9,92) 233,84 (6,32) 121,73 (3,29) 23,13 (5,49) 12,62 (3,26) (1,3 1-6 ) 7,955 (,215) 96,57 (2,61) Cs-össz. 1 2,2 1 4 (595) 7326 (198) 323,75 (8,75) 14,71 (2,83)
A radioaktivitáskészlet alakulása a reaktor leállítása után (folytatás) Termék- Radio- Felezési csoport Az üzemelő reaktor reakti- izotóp idő vitás-készlete 1 6 GBq (1 6 Ci) Zr,Nb,Mo, Tc,Ru,Rh, Pd,Ag,Cd, In,Sn, Sb Ritka földfémek:la, Ce,Pr,Nd, Pm,Sm, Eu,Gd, Tb,Dy,Ho Összes hasadási termék U-237 U-239 6,75 d 23,5 m Az eltávolított kiégett üzemanyag radioaktivitáskészlete, 1 6 GBq/év (1 6 Ci/év). Kiszereléskor 15 nap hűtés után 1 év hűtés után 6,96 1 4 (188) 2,31 1 4 (625) 21,7 (54,1) 1,665 (,45) 1,53 1 5 (414) 5,8 1 4 (1374) 185,6 (48,8) 15,392 (,416) 4,429 1 5 (1197) 3996 (18) 6,32 1 4 (178) 1,469 1 5 (397) 1328,3 (35,9) 2,9 1 4 (566) 481 (13) 369,26 (9,98) 2,75 1-4 (7,42 1-6 ) U-össz. 2 6,72 1 4 (1816) 2,23 1 4 (61,9) 1, 1-3 (2,72 1-5 ) 7,95 1-4 (2,15 1-5 ) A Pu-238 86,4 a 5,16 (,138) 1,698 (,459) 1,787 (,483) 1,713 (,463) K Pu-239 2439 a 1,1766(,318),3885 (,15),3959 (,17),3959(,17) T Pu-24 658 a 1,85 (,5),6142 (,166),6142 (,166),6142(,166) I Pu-241 13,2 a 458,8 (12,4) 152,7 (4,11) 149,48 (4,4) 89,54 (2,42) N I Pu-242 3,79 1 5 a 4,59 1-3 ( 1,24.1-4 ) 1,53 1-3 ( 4,14.1-5 ) 1,53 1-3 ( 4,14.1-5 ) 1,53 1-3 ( 4,14.1-5 ) D Pu-243 4,98 h 821,4 (22,2) 271,95 (7,35) Á Pu-össz. 2 1291,3 (34,9) 416,99 (11,57) 152,7 (4,11) 92,13 (2,49) K Aktivációs termékek Am-241, 242m, 242, 243, Cm-242, 243, 244 Összes aktinida (Th,Pa, U, Np,Pu, Am, Cm) A Zircaloy burkolat és az Inconel részek aktivációs termékei (Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zr, Nb, Sb) 42,18 (1,14) 14,23 (3,79) 12,58 (,34) 2,261 (,611) 1,337 1 5 (3614) 4,433 1 4 (1198) 164,65 (4,45) 94,35 (2,55) 477,3 (12,9) 158,36 (4,28) 35,779 (,967) 4,33 (,19) Megjegyzések: 1-33 MWnap/tonna kiégetési szint, 32% termikus hatásfok, 1% terhelési tényező feltételezésével, 2 - Az adott elem azon izotópjait is tartalmazza, amelyek a rövid felezési idő miatt nincsenek felsorolva
A leállítás utáni remanens hőteljesítmény üzemi teljesítményhez viszonyított értéke 1-1 1-2 1-3 1-4