A szabályozott láncreakció PETRÓ MÁTÉ 12.C
Rövid vázlat: Történelmi áttekintés Az atomreaktor felépítése és működése Reaktortípusok Érdekességek: biztonság a világ atomenergia termelése Csernobil
Kezdetek Lise Meitner és Otto Hahn 1939 körül 235 Ur-t bombáztak neutronokkal A kísérlet sikertelennek bizonyult, nem tudtak nagyobb atomot létrehozni. De azt észrevették hogy hatalmas energia szabadult fel Kezdetben nem találtak magyarázatot arra hogy, hova tűnik a tömeg. E= mc 2 alapján pontosan megkapták a felszabadult energiát
Első megvalósítások Az első atommáglyát 1942-ben Szilárd Leó és Enrico Fermi építette meg Chicagoban, s ezzel igazolták a szabályzott láncreakció megvalósíthatóságát. Az első atomreaktorokat plutónium előállítására használták (a plutónium a nukleáris fegyverek ideális alapanyaga). Az első elektromosságot generáló nukleáris erőmű - kísérleti jelleggel - 1952. december 20-án készült el, az Amerikai Egyesült Államokban, Idaho államban, Arco város mellett.
Kezdeti nehézségek Ahhoz, hogy atomreaktort tudjunk üzemeltetni az alábbi feladatokat kell megoldanunk: 1. Bányászat 2. Dúsítás 3. Lassítás 4. Reflektáció 5. Szabáyozás 6. Hűtés
Bányászat 1789-ben, Martin Klaproth gyógyszerész bejelentette, hogy új elemet fedeztek fel a Szászországból származó szurokércben, amit uranit -nak neveztek el. 1950 után kezdődött meg az atomerőművek létesítése, ami az uránfém szükséglet megnövekedését eredményezte. Jelen állás szerint kb. 230 évre elegendő urán van a világon De a tudósok szerint, az uránbányászat fejlődésével, és az újabb reaktortípusokkal ez kb. 60.000 évre tehető. A Föld uránkészletének közel 40%-a Ausztráliában van
Dúsítás A kibányászott uránércben kb. 0,7%-a az energiatermelésre alkalmas 235 U. Ez a koncentráció azonban még nem elegendő a nukleáris láncreakció fenntartásához. 2-3%-os koncentráció már elegendő a legtöbb atomreaktorhoz, azonban bomba készítéséhez minimum 85%-ot kell elérni. Nem könnyű elválasztani egymástól az uránizotópokat, mert kémiai tulajdonságaik közel azonosak. Először kémiai reakcióval urán-hexafluorid-dá alakítják, majd gázcentrifugák segítségével, a tömegkülönbség miatt kinyerhető a hasznos urán.
Lassítás Le kell lassítani a hasadáskor keletkező gyors neutronokat, mert ezek nagyon kis valószínűséggel lépnek kölcsönhatásba a 235 U-nal A lassításra könnyű atommagok alkalmasak. Azt az anyagot, ami a lassítást végzi moderátor-nak hívjuk. Erre alkalmas anyagok: Könnyűvíz legtöbb helyen alkalmazott Nehézvíz - drága Grafit csak a nagy tisztaságú alkalmazható
Reflektáció A reaktorban azt a részt, ahol a hasadás zajlik aktív zónának hívjuk. A hasadás során a neutron elszökik az aktív zónából. Ennek megakadályozása érdekében, a reaktor belső felületét olyan anyaggal vonják be, ami visszaveri a neutronok egy részét, ez a rész a reflektor
Szabályozás A 235 U hasadásakor átlagosan 2,47 neutron keletkezik Szabályzás nélkül a reaktor pillanatok alatt felrobbanna Szabályozási módok: A hűtővízben bórt oldanak fel, ez jó elnyelőképességgel bír, mennyiségét úgy állítják be, hogy kb.1 neutron keletkezzen hasadáskor. A finomszabályozás szabályozórudakkal történik, ezek nagymennyiségű kadmiumot tartalmaznak, melyek elnyelőképessége hatalmas. Szabályozás a rudak aktív zónába való betolásával lehetséges.
Hűtés A reaktort természetesen hűteni is kell. Általában vízzel történik a hűtés. Több hűtökört különböztetünk meg, ebből kettő zárt, és egy nyílt A zárt kör nagyon fontos, hogy megakadályozzák a környezetre káros anyagok reaktorból való kijutását.
Villamosenergia termelés Az atomerőmű villamosenergia-termelése csak annyiban különbözik a hagyományos hőerőműétől, hogy míg a hőenergiát az utóbbinál fosszilis energiahordozók (szén, olaj, földgáz) elégetésével (vagyis kémiai reakciók útján) nyerik, addig az atomerőmű hőtermelését a reaktorban létrehozott atommaghasadás energiafelszabadulása biztosítja.
A nyomottvizes reaktor Leggyakrabban használt reaktortípus(pakson mind a 4blokk ilyen) Ebben a moderátor és a hűtőközeg egyaránt nagynyomású víz. Az energiatermelés főbb szakaszai: A reaktor aktív zónájában az urán hasadásából felszabaduló hőt a zárt primer kör hűtőközege szállítja az (ugyancsak zárt) szekunder kör gőzfejlesztőjéhez. A hőleadás a hőcserélőben csőrendszeren keresztül (csak termikus érintkezés útján) valósul meg. A szekunder kör gőzfejlesztőjében keletkezett nagynyomású gőz a turbinákat hozza mozgásba. A turbinák mozgási energiája alakul át a generátorokban elektromos energiává. A harmadik (nyitott) körben hűti a turbinák gőzlecsapató kondenzátorait.(ez általában egy folyó vize(pl. Duna Pakson) )
A nyomottvizes reaktor részei 1. Reaktortartály 2. Fűtőelem 3. Szabályozórúd 4. Szabályozórúd hajtás 5. Nyomástartó 6. Gőzfejlesztő 7. Tápvíz 8. Nagynyomású gőzturbina 9. Kisnyomású gőzturbina 10. Generátor 11. Gerjesztőgép 12. Kondenzátor 13. Hűtővíz 14. Tápvízelőmelegítő 15. Tápvízszivattyú 16. Hűtővízszivattyú 17. Keringető szivattyú 18. Villamos távvezetékhez 19. Friss gőz 20. Beton sugárvédelem
További reaktor típusok: közönséges víz reaktorok nehézvizes reaktor grafit moderátoros reaktor gyors tenyésztőreaktor
Biztonság A biztonság a nukleáris energetika kulcsszava. Folytonos biztonsági felülvizsgálatok A környezeti hatások elhanyagolhatóak. Fontos a kiégett fűtőelemek kezelése: Bátaapáti mellett létesített hulladék tároló. Közel 300m mélyen a gránitrétegbe vájt kamrákba rakják, majd betonnal töltik fel azokat. Kb. 600 évig tárolják ott. A teljes rendszer kiépítés 60 milliárd forintba került
A világ energiatermelése Hazánk energiatermelése:
Csernobil Csernobilban lévő reaktor 1986. április 26-án emberi mulasztások miatt felrobbant. Hatalmas mennyiségű káros anyag került a levegőbe, rengetek halálos áldozat