Tartalom. Főszerkesztő: Radnóti Katalin

Főszerkesztő: Radnóti Katalin Szerkesztőbizottság: Barnaföldi Gergely Gábor Cserháti András Czibolya László Hadnagy Lajos Kocsis Gábor Neubauer István Nős Bálint Pázmándi Tamás Radnóti Katalin Yamaji Bogdán Szerkesztőség: Postacím: Magyar Nukleáris Társaság Somfai Barbara titkár MTA EK 1525 Budapest Pf. 49. Telefon: 36-1-392-2222/3445 Fax: 36-1-395-9293 e-mail: szerkeszto@nuklearis.hu foszerkeszto@nuklearis.hu Olvasószerkesztő: Hanti Ágota Nagy Mária Technikai szerkesztő: Horváth András Szántó Péter Tartalom 146 147 148 149 150 Házi Gábor, Páles József Virtuális vezénylő a paksi teljes léptékű szimulátorhoz Boros János ABOS 1-es, 2-es és 3-as osztályba sorolt rendszerek és rendszerelemek üzemidő-hosszabbításhoz kapcsolódó konstrukciós felülvizsgálata Király Márton Atomtörténet 1945 1955 I. rész Puskás-Farkas Boglárka Az atomenergia megítélése az Eötvös Loránd Tudományegyetem Természettudományi Karának hallgatói körében Nagy Mária, Zsámberger Noémi Kinga, Pávó Gyula A pozitronemissziós tomográfia (PET) elvi alapjai és feldolgozási lehetőségei a középiskolában I. rész Címlapkép: Nukleon VI/4 146 Kiadja a Magyar Nukleáris Társaság Felelős kiadó: Hózer Zoltán Hirdetésfelvétel: hirdetes@nuklearis.hu ISSN: 1789-9613 151 Zsámberger Noémi Kinga, Nagy Mária, Pávó Gyula A pozitronemissziós tomográfia (PET) elvi alapjai és feldolgozási lehetőségei a középiskolában II. rész A kiadó nem vállal felelősséget a cikkekben megjelentekért

Nukleon 2013. december VI. évf. (2013) 146 Virtuális vezénylő a paksi teljesléptékű szimulátorhoz Házi Gábor, Páles József MTA Energiatudományi Kutatóközpont, Reaktor Monitorozó és Szimulátor Laboratórium 1525 Budapest 114, Pf. 49, tel.: +36 1 392 2222 Az elmúlt évben kifejlesztettünk egy új, virtuális vezénylőtermi modellt a paksi atomerőmű teljesléptékű szimulátorához. A kialakított eszköz lehetővé teszi, hogy a vezénylőn keresztül elérhető összes funkciót, egy vagy több monitoron keresztül, az operátorok által megszokott módon érjük el. A fejlesztés során, a játékipar vívmányait segítségül hívva, felépítettük a vezénylőterem 3D-s modelljét, amelyhez egy eredetileg animációs filmek és videó játékok gyártására készített nyílt forráskódú szoftvert használtunk fel. A vezénylő élethű modellezése érdekében, animációk segítségével és a felhasznált fejlesztő eszköz,,játék motorjával" gondoskodtunk arról, hogy a vezénylőben található beavatkozó és visszajelző berendezések (kapcsolók, nyomógombok, kijelző műszerek) a beavatkozásoknak és a vezénylő pillanatnyi állapotának megfelelően viselkedjenek. A virtuális vezénylőben történő kényelmes közlekedést és beavatkozást a játékkonzoloknál is alkalmazott vezeték nélküli navigációs eszközök segítségével támogattuk. A cikkben bemutatjuk magát a virtuális vezénylőt és néhány, a fejlesztés során felhasznált technikát. Bevezetés A paksi atomerőműnél a valósidejű teljesléptékű szimulátor az operátorok legfontosabb oktatási eszköze az erőmű indítása óta. A szimulátort eredetileg a finn Nokia cég fejlesztette magyar szakértőkkel együttműködve, de az idő haladtával mára elmondható, hogy a modernizálások során a szimulátor majdnem minden modelljét és elemét magyar fejlesztésűre cseréltük le. Az egyik legutóbbi ilyen fejlesztés eredményéről e lap hasábjain is beszámoltunk [1]. Mivel a legtöbb hazai fejlesztést intézetünk végezte, ezért lényegében rendelkezünk majdnem minden olyan szoftver és hardver komponenssel, amellyel az oktatásra használt szimulátor az erőműben. Az egyetlen, de igen lényeges különbség az intézetünk és a paksi szimulátor konfigurációja között az, hogy nálunk nem került kiépítésre az igen költséges vezénylőterem, valamint a termet a szimulátorral összekötő hardver és szoftver interfészek. E hiányosság ellenére, néhány a szimulátorban rendelkezésre álló szoftver komponens segítségével (pl. instruktori rendszer, adatbázis kezelő) eddig is lehetőségünk nyílt szinte minden vezénylőtermi funkció közvetett elérésére. Kétségtelen azonban, hogy a házon belüli szoftverfejlesztéseket, és különösen a tesztelési feladatok elvégzését megnehezítette a vezénylőterem hiánya. De nem ez az egyetlen tény motivált minket arra, hogy kifejlesszük a vezénylőterem egy virtuális változatát. Napjainkban ugyanis a szimulátorok, nem csak oktatási eszközök, hanem komoly szerepet játszanak az irányítástechnikai rendszerek fejlesztési-, és az ezzel kapcsolatos ellenőrzési munkálataiban is. Figyelembe véve az erőmű szimulátorának leterheltségét, úgy gondoltuk mindenképpen hasznos lehet a jövőben, ha biztosítjuk, hogy a szimulátor ne csak egyetlen példányban legyen elérhető, mégpedig az operátorok számára egyszerű, kényelmes és megszokott módon. Mindezek a tények motiváltak minket arra, hogy 2012 őszén hozzáfogjunk egy, a szimulátorhoz csatolható virtuális vezénylőtermi modell kialakításához. A valódi vezénylőterem A paksi atomerőmű négy blokkjának mindegyike rendelkezik egy többé-kevésbé ugyanolyan módon kialakított vezénylőteremmel. A vezénylőteremben található műszerek, kapcsolók stb. az iparban meghonosodott interfészeken, vezetékeken, távadókon stb. keresztül állnak kapcsolatban a mérő műszerekkel, szabályozókkal és vezérlő eszközökkel. Az ötödik vezénylőterem az erőmű szimulátor épületében lett felállítva és lényegében a 3. blokk replikájának tekinthető. Ennek műszereit azonban nem valós fizikai rendszerek hajtják meg, hanem egy szabványos Motorola VME buszon és kommunikációs interfészen keresztül a szimulátor modelljei. Az 1. ábrán látható egy áttekintő kép a szimulátor épületben található vezénylőteremről. Maga a terem, számos kisebb és nagyobb panelt illetve pultot tartalmaz. Utóbbiakon helyezkedik el a beavatkozó szervek többsége, míg a nagy panelek elsősorban a technológiai paraméterek megjelenítésére szolgálnak. Minden egyes panel egy technológiai rendszerrel (pl. primer kör, térfogatkompenzátor, turbinák stb.) van kapcsolatban. A vezénylőben található beavatkozó és megjelenítő eszközök nagymértékben egységesítve lettek a funkciójuk szerint, azaz a megjelenésükben és működésükben azonos típusú kapcsolókat és kijelzőket alkalmaztak a hasonló funkciójú technológiai elemek (pl. szelepek, szabályozó szelepek, szivattyúk) működtetéséhez. Ez alól csak az olyan speciális berendezésekhez kapcsolódó kezelői felületek jelentenek Kontakt: hazi.gabor@energia.mta.hu Beérkezett: 2013. augusztus 30. Magyar Nukleáris Társaság, 2013 Közlésre elfogadva: 2013. október 4.

Nukleon 2013. december VI. évf. (2013) 146 kivételt, amelyek működése eltér a szabványos berendezésekétől. A vezénylői felület nagy részét az úgynevezett lehívó egységek teszik ki, amelyek két fő részből épülnek fel: a függőleges paneleken elhelyezkedő technológiai sémaképekből, valamint a pultokon található nyomógombsor és kapcsoló együttesből. A nyomógombok segítségével az operátor kiválaszthat egy technológiai berendezést a sémaképen, majd a kiválasztott elemre működtető parancsokat küldhet. A 2. ábrán látható a színpad a virtuális operátorral a színpad közepén. 1. ábra: A Paksi Atomerőmű teljesléptékű szimulátorának vezénylőterme A virtuális vezénylő fejlesztése A virtuális vezénylő fejlesztésére egy nyílt forráskódú, háromdimenziós, animációs filmek és számítógépes játékok fejlesztésére kidolgozott szoftver csomagot, a Blender-t használtuk fel [2]. Az alapvető ötletünk az volt, hogy e csomag segítségével hozzuk létre a vezénylőteremnek megfelelő virtuális színpadot, a vezénylő beavatkozó szerveit pedig ún. logikai építőkockák segítségével valósítjuk meg a Blender játék motorját felhasználva. Tehát első lépésben felállítottuk a színpadot, amely tartalmazta a vezénylőterem padlóját (egy síkfelületet) és a teremben található minden egyes panelt és pultot, amelyeket első közelítésben egyszerű téglatestekkel modelleztünk. Hogy a színpadunk élethű legyen egy korábbi projekt során készített [3,4], illetve paksi kollégáktól kapott fotókat használtunk fel és ún. UV leképezési technikával elhelyeztük azokat a virtuális paneleken és pultokon. Ennek a leképezésnek a lényege, hogy egy 3D-s objektumon tetszőleges módon elhelyezhetünk egy 2D-s képet, amennyiben az objektumot alkotó síkokat 2D-be kiterítjük, majd a leképezendő képet (amelynek tengelyeit jelöljük U és V betűkkel,) elhelyezzük a kiterített objektum egy adott síkján, vagy síkjain. A fotók leképezése után egy virtuális operátort és a feje felett egy kamerát helyeztünk el a színpad közepén. Logikai építőkockák (érzékelők, szabályozók és beavatkozók a Blender terminológiájában) segítségével lehetővé tettük, hogy a virtuális operátort és a hozzá kapcsolt kamerát mozgatni lehessen egy egér segítségével. A teljesség kedvéért a logikai építőkockákat a későbbiek során egy kicsit részletesebben is bemutatjuk. 2. ábra: A virtuális vezénylő színpada, középen az operátorral A fejlesztésnek ebben a fázisában a kamera képét az egér görgő segítségével lehetett nagyítani. A 3. ábrán egy ilyen képet mutatunk a kamera szemszögéből az egyik pultra fókuszálva. Tulajdonképpen ez az a kép, amelyet a virtuális vezénylő felhasználója lát, amikor a virtuális vezénylőt elindítja és ezt a nézőpontot tudja változtatni miközben a vezénylőteremben mozog és egy specifikus panelre ránagyít. A sárga karika a képernyő közepén az ún. kiválasztó karika, amely segíti a felhasználót az egyes beavatkozó szervek működtetésében. Érdemes megemlíteni, hogy bár az UV leképezési technika egy remek módszer realisztikus képek létrehozására, azért van néhány hátránya. A leképezéshez használt fotót, egy adott nézőpontból, és a fotó készítésekor adott pillanatnyi megvilágítás mellett készítjük el, így az más nézőpontból, más fényviszonyok mellett már nem tűnik teljesen realisztikusnak. Továbbá a háromdimenziós objektumok, mint például a kapcsolók és a nyomógombok a panelek és pultok síkjában jelennek meg, és így az adott panelre fókuszálva könnyen elveszíthetjük az első ránézésre még valóságosnak hitt kép érzését. De ami még ennél is fontosabb, az UV leképezett képeken nem tudunk végrehajtani valósághű beavatkozást, például egy kapcsoló elfordításánál a kép statikus jellege sokat gyengít az illúzión, és nincs vizuális visszacsatolás az átkapcsolás megtörténtéről. Ezért minden beavatkozó szerv típusnak elkészítettük a 3D-s animált változatát. Szerencsére ezeknek az objektumoknak, ahogy már említettük, egységes a kinézetük és a működésük, tehát ugyanaz a típus tűnik fel számos panelen és pulton. Így -annak ellenére, hogy több ezer beavatkozó és kijelző található a vezénylőben,- elegendő volt minden egyes típusból csak egyet-egyet létrehozni, a hozzájuk kapcsolódó, működésüket garantáló logikai építőkockákkal együtt. A létrehozott elemeket ezután -az UV leképezést, mint támpontot felhasználva az objektumok pozicionálására-, elhelyeztük a pultokon. A 4. ábrán egy pultot és egy panelt láthatunk közelebbről a 3D-s kapcsolókkal és nyomógombokkal együtt. Magyar Nukleáris Társaság, 2013 2

Nukleon 2013. december VI. évf. (2013) 146 3. ábra: Vezénylőterem az operátor (kamera) nézőpontjából 4. ábra: 3D-s objektumok a pultokon és a paneleken. A logikai építőkockáknak kettős szerepe van. Egyrészről ezeknek kell animálni az objektumokat az aktuális beavatkozásnak megfelelően, pl. elforgatni a kapcsolót, amennyiben az operátor ilyen jellegű beavatkozást tesz. Másrészről a logikai építőkockáknak üzenetet kell küldeni a szimulátor felé, hogy az a beavatkozásról értesüljön és a megfelelő módon reagálhasson. Míg a logikai építőkockák segítségével az animálás viszonylag egyszerű módon kivitelezhető, addig a kommunikáció kialakítása a szimulátorral közel sem ilyen egyszerű. Erre -a Blender rugalmasságát kihasználva,- Python nyelven írt scripteket hoztunk létre, lecserélve a szimulátor eredeti VME kommunikációs rendszerét egy virtuális változatra. A fejlesztés utolsó lépésében az egérrel történő irányítást lecserélve - több különféle interakciós modellt dolgoztunk ki a virtuális vezénylőn belüli mozgásra. Ezen modellek közül az egyikben a Nintendo WII játékkonzolok ún. Remote és Nunchuck kontrollerét fogtuk hadra. Ezek az eszközök lényegében vezeték nélküli Bluetooth kapcsolatot biztosítanak a játékkonzollal és megfelelő illesztő szoftver segítségével akár egy PC-hez is kapcsolhatók [5,6]. Játék közben a Remote és a hozzákapcsolt Nunchuck mozgásérzékelői tájékoztatni tudják a konzolt a játékos kezének (lábának attól függően hová rakjuk) mozgásáról és maga a játékprogram ezeket az információkat feldolgozva képes megfelelő módon reagálni. Mivel a WII Remote lényegében egy infravörös kamerát tartalmaz, így annak segítségével egy fejmozgást követő rendszert alakíthattunk ki. Ez a megközelítés rendkívül hasznos lehet a vezénylőben, mivel gyakran előfordul, hogy az operátorok miközben valamelyik pulton beavatkoznak, közben fejükkel (és persze szemükkel) a fenti paneleket figyelik, amelyeken pl. egy adott szelep állapota követhető nyomon. A fejmozgás követéséhez négy infravörös LED-et helyeztünk el egy sisakon, néhány elemmel. Az operátor fejmozgását a monitor felett elhelyezkedő WII Remote kamera segítségével észleljük, amely rádiós Bluetooth kapcsolaton keresztül kommunikál azzal a személyi számítógéppel, amelyben a Blender játékmotorja fut. Ebben egy megfelelő módon kialakított kommunikációs program feldolgozza a kapott mozgásinformációt és tudatja azt a virtuális vezénylőnkkel. Ezután a virtuális vezénylő a fejmozgásnak megfelelően mozgatja a nézőpontot, olyan érzetett keltve az operátorban, mintha a fejének elfordulásával a valódi teremben fordulna körbe. A vezénylőteremben történő mozgást egy másik WII Remote és Nunchuck segítségével oldottuk meg. Ezeket az operátor a kezében tartja. A Nunchuck segítségével mozoghat a vezénylőben, míg a Remote hozzáférést biztosít a beavatkozó szervek működtetéséhez. A beavatkozásról az operátor visszajelzést kaphat a WII Remote kontroller vibrációját aktiválva. Az 5. ábrán az így kiépített rendszer sematikus ábrája látható az egyes elemek közötti kapcsolattal, míg a 6. ábrán a rendszer használata látható, miközben a fejmozgás-követés éppen akcióban van. Mivel ennél a navigációs modellnél nincs vezetékes kapcsolat az operátor és a virtuális vezénylő programját futtató számítógép között, így az operátor szabadon mozoghat a képernyőkön megjelenő pultok előtt, átélve a valódi vezénylőben is tapasztalható szabad mozgás érzetét. A modellben a kapcsolók és nyomógombok működtetését úgy kellett megvalósítani, hogy az operátor a működtetni kívánt kapcsoló kiválasztását követően a tekintetét a kapcsolótól szabadon elmozgathassa a beavatkozás ideje alatt. Az eszközök kiválasztását a képernyő közepén található kijelölő karikával és ún. jelölőgömbök alkalmazásával oldottuk meg (7. ábra). Használat közben, a karikát célkeresztként használva, a karika mögött található kapcsolókon automatikusan egy lila kijelölő gömb jelenik meg, ami jelzi az operátor számára a kijelölés lehetőségét. Az éppen használt eszköz (egér vagy a Nunchuck) segítségével a kijelölés rögzíthető, amelynek eredményét a kapcsolón megjelenő zöld színű gömb jelzi. A kijelölés után a nézőpont szabadon elmozgatható a vezénylőben, és ezután az operátor által kiadott parancsok mindig az aktuálisan kiválasztott kapcsolóra vonatkoznak. A célkereszt alapú kijelölés további előnye, hogy segítségével az operátortól távol eső kapcsolók is egyszerűen kijelölhetőek, így például a pultok mellől közvetlenül átkapcsolhatóak a sémafalakon található kapcsolók is. Magyar Nukleáris Társaság, 2013 3

Nukleon 2013. december VI. évf. (2013) 146 Python scriptbõl hívott DLL függvények a szimulátorral történõ kommunikációhoz (lámpa, kapcsoló stb. állapotok leküldése a szimulátorba) Szimulátor szerver TCP/IP Virtuális vezénylõ PC Python script a Blender játékmotorjában a beavatkozások észlelésére, a kijelölõ gömb mozgatása, letétele, kapcsoló mozgatás stb. a beavatkozásnak megfelelõen Python script a Blender játékmotorjában, a LED-ek elmozdulásának érzékelésére és a megfelelõ kamera mozgatás Bluetooth kapcsolat WII remote (infra kamera) Bluetooth kapcsolat Instruktori rendszer Verona Blokk számítógép Virtuális vezénylõ Nagyméretû LCD kijelzõ Nagyméretû LCD kijelzõ Infra fény Infra LED-ek (sisakon) WII remote (kézben) Nunchuck (kézben) 5. ábra: A virtuális vezénylő rendszerének elemei és a köztük lévő kapcsolatok 6. ábra: Fejmozgás követése a WII Remote segítségével Összefoglalás és további tervek Elkészítettük egy új 3D-s virtuális vezénylőterem prototípusát és csatoltuk azt a paksi teljesléptékű szimulátorhoz. A játékipartól kölcsönzött ötletek és eszközök segítségével a fejlesztés viszonylag gyorsan (néhány hónap alatt) kivitelezhető volt és a kivitelezéshez felhasznált szabványos játékkonzol eszközök a virtuális vezénylő fejlesztésének alacsony költségét is biztosították. A kifejlesztett virtuális vezénylő interakciós modellje könnyen módosítható, ezért egyszerűen bővíthető olyan újabb funkciókkal és navigációs eljárásokkal, amelyek a rendszer használatát még egyszerűbbé, és élet hűbbé teszik. A jelenlegi virtuális vezénylő funkcióit a jövőben a következő irányokban szeretnénk tovább bővíteni: Újabb, a játék konzoloknál alkalmazott korszerű navigációs eljárások illesztése a rendszerhez. Vezénylőtermi hangok bevezetése a modellbe (vészjelzések, gombok hangjai, stb.) Több felhasználós üzemmód megvalósítása, amely segítségével egyidejűleg akár több operátor tartózkodhat a vezénylőteremben. Több nagyméretű képernyő alkalmazása a vezénylő megjelenítésére. Érintőpanel használata a gombok működtetéséhez. 7. ábra: Kapcsolók kiválasztása Magyar Nukleáris Társaság, 2013 4

Nukleon 2013. december VI. évf. (2013) 146 Irodalomjegyzék [1] Páles J., Házi G., Jánosy J., Végh E., A paksi teljesléptékű szimulátor kétfázisú termohidraulikai modelljének lecserélése, Nukleon, III. évf., 62, (2010) [2] http://hu.wikipedia.org/wiki/blender_(program) [3] Major Cs., Horváth Cs., Végh J., DEVELOPMENT OF A MODERN HUMAN-MACHINE INTERFACE AT THE PAKS NPP, CONCEPTUAL PLAN, VOLUME I. + SUPPLEMENTS, AEKI-ARL-2010-709-00/01, V3.0, MTA KFKI AEKI, November 2010 (in Hungarian) [4] Major Cs., Horváth Cs., Végh J., DEVELOPMENT OF A MODERN HUMAN-MACHINE INTERFACE AT THE PAKS NPP, CONCEPTUAL PLAN, VOLUME II., Panels and boards of the Main and Emergency Control Rooms: Evaluation by the Operating Personnel, AEKI-ARL-2010-709-00/02, V2.0, MTA KFKI AEKI, November 2010 (in Hungarian) [5] http://en.wikipedia.org/wiki/wii [6] http://wiibrew.org/wiki/main_page Magyar Nukleáris Társaság, 2013 5

Nukleon 2013. december VI. évf. (2013) 147 ABOS 1-es, 2-es és 3-as osztályba sorolt rendszerek és rendszerelemek üzemidő-hosszabbításhoz kapcsolódó konstrukciós felülvizsgálata Boros János Pöyry Erőterv Zrt. 1094 Budapest, Angyal u. 1-3, tel.: 06-30-6705677 Az üzemidő-hosszabbítás megalapozásának egyik fontos eleme az ABOS 1 1-3 osztályba sorolt rendszerek és rendszerelemek konstrukciós felülvizsgálata. A felülvizsgálat az ASME BPVC 2 Section III szabvány alapján készült, mely előírásrendszert - egyéb okok mellett - a tervezésre vonatkozó előírások differenciáltsága, az elfogadási kritériumok és a követelmény-specifikálási rendszer korszerűsége miatt alkalmaztunk. A konstrukciós felülvizsgálati projekt keretében elkészült a beazonosított ABOS 1 és ABOS 2 terjedelemhez tartozó rendszerek és rendszerelemek terheléskatalógusa, felülvizsgálati jelentéseik és tervezési specifikációjuk. Az ABOS 3 besorolású elemek hasonló vizsgálata folyamatban van. A konstrukciós felülvizsgálat szükségessége A Paksi Atomerőmű az üzemidő-hosszabbítás engedélyezési folyamatának részeként benyújtotta Országos Atomenergia Hivatalnak az 1-4 blokkra tervezett üzemidőt 20 évvel meghaladó üzemeltethetőség biztosítására irányuló programot (ÜH program). Az ennek a programnak a keretében elkészült (elkészülő) megalapozó dokumentációk kiemelkedően fontos részét képezik az ABOS 1-es, 2-es és 3-as osztályba sorolt rendszerek és rendszerelemek (továbbiakban RRE) konstrukciós felülvizsgálatát bemutató jelentések. A Főkonstruktőr által és a Végleges Biztonsági Jelentés létrehozásával kapcsolatban készített megalapozó dokumentációk igazolták a blokkok üzemeltetésének biztonságát a létesítéskor tervezett 30 évi üzemidőre. Az üzemidő-hosszabbítással kapcsolatban azonban szükségessé vált a rendszerek és rendszerelemek további 20 évi üzemeltethetőségének megalapozása úgy, hogy a felülvizsgálat megfeleljen a jelenlegi előírásoknak és szabványoknak, és az a ma rendelkezésre álló korszerű eszközök használatával történjen. A Főkonstruktőr által a létesítéskor tervezett üzemidőre készített számítások a szovjet Atomerőművi Szabályzat [1] és az ebben hivatkozott és kötelezően alkalmazott, hetvenes években készült Számítási Normák [3] alapján készültek. Ezek a számítások részben rendelkezésre állnak ugyan, azonban a számítások a hetvenes években rendelkezésre álló - részben elavultnak tekinthető - eszközökkel készültek, reprodukálásuk a jelenlegi eszközökkel az esetek egy részében nem megoldható. Ezzel szemben a Paksi Atomerőmű az elmúlt évtizedekben számos olyan biztonságnövelő programot hajtott végre, amelyek szabványbázisa, a megalapozó számításaik eszközei, az alkalmazott minőségbiztosítási rendszereik teljes körűen kielégítik a mai követelményeket, így eredményeik az üzemidő-hosszabbítás feladataira is alkalmazhatók. E biztonságnövelő programok közül külön említést érdemel magának a Végleges Biztonsági Jelentésnek a létrehozása, illetve a jelen felülvizsgálat szempontjából meghatározó Földrengés-biztonsági technológiai átalakítások, illetve ezek megalapozása projekt. A konstrukciós felülvizsgálat előírásés szabványbázisa A nyomástartó berendezések és csővezetékek tervezésének követelményeit a 37/2012. (III. 9.) Korm. rendelettel módosított Nukleáris Biztonsági Szabályzat (továbbiakban NBSZ) 3.3.3 pontja határozza meg. Ennek a felülvizsgálat során figyelembe vett egyik leglényegesebb követelménye, hogy a méretezést megalapozó számításokat egységes, a nukleáris iparban elfogadott előírásrendszer szerint, az RREk biztonsági osztályának megfelelően kell elvégezni. További feladatként az atomreaktor és aktív zóna, valamint a fővízkör felülvizsgálata során az NBSZ 3.4.1 és 3.4.2 pontjai alatti követelményeknek is teljesülniük kellett. Arra vonatkozóan, hogy az NBSZ követelmények hogyan teljesüljenek az OAH által kiadott 3.3. sz. Nyomástartó berendezések szilárdsági számítási normái, és a 3.25. sz. Üzemelő nyomástartó berendezések szilárdsági elemzése című útmutatói adnak útbaigazítást. A 3.3. sz. útmutató bevezető fejezete a 2001 évi kiadású ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section III (továbbiakban ASME BPVC III) adaptálását preferálja, mindkét útmutató az ASME kategóriáit alkalmazza, az ASME alkalmazási elveit követi a hazai feltételek figyelembe vételével. Az ASME hazai alkalmazása jogi és intézményes hátterének megteremtésére számos intézkedés történt, illetve történik jelenleg is. ASME BPVC III magyar szabványsorozatként (MSZ 27003, Nukleáris létesítmények berendezéseinek Kontakt: boros.janos@poyry.com Beérkezett: 2012. december 5. Magyar Nukleáris Társaság, 2013 Közlésre elfogadva: 2013. november 27.

Nukleon 2013. december VI. évf. (2013) 147 konstrukciós szabályai) való kiadása az előkészítő stádiumot követően 2013-ban esedékes, hasonlóképpen magyar szabványként kiadásra kerül az ASME BPVC Section XI (MSZ 27011, Atomerőművi berendezések időszakos vizsgálati szabályai), és az ASME OM (MSZ 27020, Atomerőművek üzemeltetése és karbantartása). Az ASME BPVC III a kód alkalmazásához kapcsolódó felelőségek meghatározásánál előírja a Regisztrált Szakértő Mérnök feladatkört. Külön, kötelező érvényű melléklet részletezi a Regisztrált Szakértő Mérnök regisztrálására és feladataira vonatkozó előírásokat, az ezekhez kapcsolódó hazai minősítési rendszer felállítása 2012 végén befejező stádiumban van. Első lépésként az Amerikai Egyesült Államok ASME Szervezetének szakértői egy 2009-ben tartott tanfolyamon való részvétel és vizsga alapján igazolták a résztvevők Regisztrált Szakértő Mérnök minősítéshez szükséges általános ismereteinek meglétét. A későbbiekben a képesítési feltételek ezen része a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Műszaki Mechanikai Tanszéke által szervezett tanfolyam vizsgabizonyítványával teljesíthető. A minősítéshez ezen felül a meghatározott gyakorlat igazolása mellett regisztráció is szükséges, melynek szabályait Az atomenergia alkalmazása körében eljáró független műszaki szakértőről szóló 247/2011. (XI.25.) kormányrendelet tartalmazza. Az ASME BPVC III sajátosságai Az ASME BPVC szabvány OAH által történő preferálását megelőzően a szovjet előírások adaptálásával készült előírások voltak érvényben. Ezen adaptációk nem tértek el lényegileg a szovjet előírásoktól, ezért az ASME BPVC III korábbi előírásokkal történő összevetésénél a szovjet előírásokhoz viszonyítunk. A konstrukciós felülvizsgálat egyik lényeges tapasztalataként a két előírásrendszer olyan eltéréseit azonosítottuk be, amelyek egyrészt a felülvizsgálatban fontosaknak bizonyultak, másrészt az ASME elfogadásának és alkalmazásának megalapozásául szolgálhatnak. Az alábbi összevetésnél a szovjet Atomerőművi Szabályzat [1], a PNAE [2] és a Számítási Normák [3] előírásait vettük figyelembe. A [2] és [3] megfeleltethető egymásnak, a létesítés időszakában a [3] volt érvényben, a [2] előírás csak a létesítési időszakot követően jött létre. A tervezésre vonatkozó előírások differenciáltsága A vizsgált elemek besorolása Az ASME BPVC III Division 1 tervezésre vonatkozó előírásait az NB, NC, NC, NE, NF, NG, NH jelzetű alfejezetek (általános jelöléssel NX) NX-3000 cikkelyei tartalmazzák. Az egyes alfejezetek NX-3000 cikkelyei a biztonságban játszott szerepük és funkciójuk szerint besorolt nyomástartó berendezések megtervezéséhez besorolásuknak megfelelően differenciált átfogó alapot biztosítanak. A szovjet előírásokban ilyen következetes besorolás nem található. A PNAE tervezésre vonatkozó részei nem differenciáltak, nagyrészt az ASME BPVC III NB-3000 tartályokra és csővezetékekre vonatkozó előírásainak feleltethetők meg. Megjegyzendő, hogy PNAE számos előírása az ASME csoportosítása szerint a szerkezeti anyagok tárgykörébe (NB-2000), valamint egyéb tárgykörökbe tartozik. Berendezés típusok Az ASME BPVC III a hagyományos értelemben vett nyomástartó berendezésekre vonatkozó NB-3000, NC-3000, és NC-3000 cikkelyei külön előírásokat tartalmaznak a következő berendezés típusokra: tartályok, szivattyúk, szerelvények, csővezetékek. Az NC-3000 és ND-3000 ezen kívül külön előírásokat tartalmaz atmoszferikus tárolótartályokra és 103 kpa alatti nyomású tárolótartályokra. Az Atomerőművi Szabályzat [1] az atomerőművek primer és szekunder körében lévő reaktorokra, gőzfejlesztőkre, nyomástartó edényekre, szivattyúházakra, szerelvényekre és nyomás alatti csővezetékekre terjed ki (1.1.1 pont). A reaktorokra, gőzfejlesztőkre, nyomástartó edényekre, szivattyúházakra és armatúrákra átfogóan a berendezések kifejezést használja. PNAE és a Számítási Normák berendezésekre és csővezetékekre tartalmaz külön előírásokat. Az egyes berendezés fajtákra tehát nincs külön előírás. A Számítási Normák F melléklete a címe szerint ugyan szivattyúkra vonatkozik, de tartalma alapján kifejezetten a főkeringtető szivattyúra ad előírásokat. Az elfogadási kritériumok alapja NCA-2142 definiálja a tervezési, üzemi és próbaterheléseket, az elfogadás kritériumát képező határértékeket, és a tervezési és üzemi terhelések közötti összefüggést. Az üzemi terhelések szintjeinek NCA-2142.4(b) szerinti meghatározása alapvető fontossággal bír az elvégzendő elemzések beazonosításánál. Az egyes terhelési szintek rövidített, lényegre törekvő meghatározását az alábbi táblázat mutatja. 1. táblázat Terhelési szintek meghatározásai NCA-2142.4(b) szerint Üzemi terhelések szintje A B C D Meghatározás Terhelések, amelyek a specifikált üzemi funkció ellátásához szükséges üzemállapotok (indítás, terhelésváltozás, leállás, stb.) során lépnek fel. Terhelések, amelyek nem a specifikált üzemi funkció ellátása következtében lépnek fel, de amelyeket a berendezésnek javítást igénylő károsodás nélkül el kell viselnie (OBE földrengés). Terhelések, amelyek előidézhetik a berendezés szerkezeti diszkontinuitási helyeinek nagymértékű deformációját, ezért szükséges lehet a berendezés ellenőrzés és javítás céljából történő üzemen kívül helyezése. Terhelések, amelyek előidézhetik a berendezés nagymértékű általános deformációját, alakváltozását, javítását igénylő károsodását, ezért szükséges lehet a berendezés végleges üzemen kívül helyezése. A terhelések következtében kialakuló feszültségek osztályozásánál az NB-3213.8 és NB-3213.9 elsődleges és másodlagos feszültségeket különböztet meg. Az elsődleges feszültségek nem önkorlátozók, ezért ha lényegesen meghaladják a folyáshatárt, akkor az az anyag meghibásodásához, nagymértékű deformációjához vezet. A másodlagos feszültségek önkorlátozóak, ha meg is haladják a folyáshatárt, egyszeri fellépésük nem okoz meghibásodást. Az ASME Magyar Nukleáris Társaság, 2013 2

Nukleon 2013. december VI. évf. (2013) 147 BPVC III megközelítése szerint tehát a terhelések és a hatásukra létrejövő feszültségek csoportosításának az az alapja, hogy hatásukra a szerkezeti anyagban milyen károsodás várható. A károsodások típusának és megengedhető mértékének vizsgálata ennek megfelelően nem pusztán egy elvont elméleti fejtegetés, hanem egy adott berendezés tervezési specifikációjának készítésénél a mérnöki értékelés lényeges eleme. A Számítási Normák [3] 2.1.2 pontjában a külön kritériumokkal kezelendő üzemi terhelési besorolását az alábbiak szerint adja meg. 2. táblázat Külön kritériumokkal kezelendő üzemi terhelések besorolása [3] szerint Üzemállapot Normál üzemállapot (normál üzemi feltételek) (NUE) A normál üzemállapot megszűnése (NNUE) Üzemzavari állapot (ASZ) Meghatározás Azoknak az üzemmódoknak a csoportja, amelyeket az üzemi szabályzat tartalmaz. A tervezett üzemállapotoktól való tetszőleges eltérés, ami valamely szabályozó rendszer vagy csővezeték meghibásodása stb. következtében jön létre, és amelynél a reaktor tovább üzemeltethető az eltérés megszüntetéséig. A normál üzemmódtól való eltérés vizsgálatának szükségességét a tervező vállalat határozza meg. A tervezett üzemmód megszűnése a radioaktív közeget tartalmazó kör valamely elemének meghibásodása következtében, aminek hatására meghibásodhat a reaktortartály, és ilyen esetben gondoskodni kell az emberek biztonságáról. Az üzemzavari állapot vizsgálatának szükségességét a tervező vállalat határozza meg. A szakirodalomban gyakran megkísérlik az ASME és szovjet üzemi szinteket egymásnak megfeleltetni ( A megfelel NUE -nek, B megfelel NNUE-nek, C és D megfeleltethető ASZ -nek). Ez a megfeleltetés azonban csak formális lehet, mert a besorolás kritériuma a nem normál üzemállapotok esetén eltérő. A szovjet előírásokban a normál üzemi feltételek megsértését és az üzemzavari állapotot kifejezetten a reaktortartály épségére gyakorolt hatás szempontjából, és nem a vizsgált berendezés meghibásodása szempontjából értékelik. Ez azt jelenti, hogy a PNAE normál üzemállapottól eltérő kategóriái nem, vagy csak formálisan értelmezhetők más berendezésekre. Ez a sajátosság a rendelkezésre álló főkonstruktőri számításokban nyomon követhető. A reaktortartályra vonatkozó Ae 4432/Doc/R számítás 14. pontja részletesen foglalkozik a normális üzemeltetési feltételektől eltérő üzemmódok és üzemzavari üzemmódok elemzésével. A példa kedvéért: a térfogatkompenzátorra vonatkozó P-09-124-005-24/14a számítás 2.6 alfejezete egy normál üzemeltetési-feltétel sértést tartalmaz. A 2.7 alfejezet szerint a szovjet fél nem határozott meg üzemzavari helyzetet, a számítást végző csehszlovák tervező azonosított be egyet. A többi berendezésre rendelkezésre álló kevés részletet közlő számításban nincsenek olyan alfejezetek, amelyek a NNUE illetve ASZ kategóriájú terheléseket azonosítanának be. Az elsődleges és másodlagos feszültségek szisztematikus és éles különválasztása a szovjet szabályozásban nem jelenik meg. A Számítási Normák 3.3 pontja 1. táblázatában és a PNAE 5.1 táblázatában ugyan mind az elsődleges, mind a másodlagos feszültségek megjelennek, de a károsodásban játszott szerepük szerinti megkülönböztetés nélkül. A követelmények specifikálása Egy berendezés szilárdsági megfelelőségének vizsgálatakor a tervező először azzal a kérdéssel szembesül, hogy a vizsgálandó berendezésre milyen követelmények vonatkoznak. Pontosan meg kell adni, hogy mely előírásoknak kell feltétlenül megfelelni, és melyek azok, amelyek nem relevánsak. Ezeket a követelményeket a berendezés funkciójából, beépítési helyéből, specifikált terheléseiből, típusából megalapozottan le kell tudni vezetni, az előírásrendszer strukturáltságának ezt lehetővé kell tennie. ASME BPVC III NCA-3250 olyan tervezési specifikáció készítését írja elő, amely biztosítja a konstrukció ASME BPVC III előírásainak való maradéktalan megfelelését és tartalmazza a szükséges háttér információkat és előírásokat. Pontosan specifikálni kell a vonatkozó besorolásokat, előírásokat, a figyelembe veendő tervezési, üzemi, próbaterhelési állapotokat és szinteket, az alkalmazandó túlnyomásvédelmet, a gyártási követelményeket. A tervezési specifikáció kidolgozására vonatkozó szabályokat az ASME BPVC III. külön mellékletben részletezi. A tervezési specifikáció struktúrájának az egész nukleáris iparban egységesnek kell lennie, ami bármely külső szakértő számára lehetővé teszi a tervezési specifikációban foglaltak megfelelőségének és teljességének megítélését. A PNAE [2] illetve Számítási Normák [3] tervezési specifikációnak megfeleltethető dokumentáció készítését nem írja elő. Egyes követelmények esetében ugyan... a követelmény szükségességét a konstruktőr (tervezési) szervezetnek kell meghatároznia, de ennek dokumentálási módja nincs meghatározva. A megvalósult és folyamatban lévő konstrukciós felülvizsgálatok Terheléskatalógus készítés A konstrukciós felülvizsgálatok előkészítése egy többlépcsős folyamat végrehajtását jelenti. A felülvizsgálatnál alkalmazott elvek és terjedelem meghatározása után az első mérföldkő a terheléskatalógus elkészítése. A terheléskatalógus és mintaberendezések szilárdsági ellenőrzésének kritérium dokumentációja 2004.02.05.-i dátummal került kiadásra, a terheléskatalógus első kiadását 2004-ben, a jelenleg érvényes F verziót 2011 évben adtuk ki. ASME BPVC III szerint a tervezési specifikációban a terheléseket minden egyes vizsgált berendezésre külön-külön kell specifikálni. Az NCA-3251 azt is előírja, hogy az üzemeltető felelős valamennyi tervezési specifikáció összhangjáért. Ezért a terheléskatalógusban meg kellett határozni és meg kellett alapozni azokat az üzemállapotokat, ciklusszámokat, terhelésfajtákat és fontosabb terheléseket, amelyek figyelembevétele egyáltalán lehetővé tette az egyes berendezések terheléseinek összhangba hozását. Magyar Nukleáris Társaság, 2013 3

Nukleon 2013. december VI. évf. (2013) 147 A 2004. évi és az F verzió között a terheléskatalógus a vizsgálati terjedelem változását követve egyrészt bővült, másrészt az ASME BPVC elveinek következetes érvényesülése tekintetében jelentős fejlődésen is keresztülment. A konstrukciós felülvizsgálat első eredményei A konstrukciós felülvizsgálat projekt első lépcsője 2006 és 2009 között valósult meg. A felülvizsgálat terjedelmét egy korábbi vizsgálat keretében beazonosított rendszer és rendszerelem kör képezte valamennyi ABOS 1, az ABOS 2 nagyobb részét jelentő, és néhány ABOS 3 besorolású rendszerre és rendszerelemre kiterjedően. A számításokhoz módszertani és kritérium dokumentáció (MKD) készült. Az MKD alapján a főberendezésekre (reaktortartály, reaktorbelső, gőzfejlesztő, térfogatkompenzátor, főkeringtető vezetékek, főkeringtető szivattyú, főelzáró tolózár, térfogatkompenzátor vezetékek), 16 csővezeték rendszerre, 15 tartályra, 13 hőcserélőre, 11 szivattyúra és 31 szerelvényre készültek el a számítási jelentések. A számítások 100 % és 108 % blokkteljesítményre készültek 50 és 60 üzemévre. A 108 %- ra készült jelentések a teljesítménynövelés megalapozását szolgálták. A projekt keretében elkészült még a számítási terjedelembe tartozó berendezések túlnyomás elleni védelménél alkalmazott rendszerek beállítási értékeinek ASME kritériumok alapján történő igazolása. A jelentéseket négy fórum ellenőrizte és véleményezte a következő sorrendben: Az PA Zrt által felállított tervzsűri, Az Amerikai Egyesült Államokban regisztrált amerikai szakértő mérnök szervezet, A szilárdsági és élettartam számítások témakörben vezető hazai szakemberekből álló testület, Az Országos Atomenergia Hivatal munkatársai, illetve az OAH által felkért szakértők A négy eltérő nézőpontú fórum véleményei nagymértékben elősegítették a számítások minőségének javulását és a hibák kiküszöbölését. A számításokat időközben NAÜ felülvizsgálatok során is áttekintették, ennek eredményeként szintén értékes észrevételek születtek. A konstrukciós felülvizsgálat folytatása A konstrukciós felülvizsgálat számos olyan problémát tárt fel, amelyeknek a kezeléséhez új elemzésre, vagy a kritériumoktól való eltérések adminisztratív eszközökkel való kezelésének meghatározására volt szükség. A vizsgálat terjedelme is változott. Az időközben ABOS 2-ből, ABOS 3-ba sorolt rendszerek és rendszerelemek kiestek a terjedelemből, a beazonosított hiányzó ABOS 2 rendszerek és rendszerelemek pedig bekerültek. Az erőmű a főberendezések egy részénél tömítő egység konstrukciómódosítást tervezett, aminek szilárdsági megalapozása szükségessé vált. A felülvizsgálati jelentések ellenőrzése során az OAH számos olyan követelményt fogalmazott meg, amelyek szintén szükségessé tették a felülvizsgálat folytatását. A projekt 2010-től folytatódott, teljes befejezése 2013-ban esedékes. A terheléskatalógus kiegészült a terjedelembe bekerült új rendszerek és rendszerelemekre vonatkozó információkkal. A számítási jelentések ellenőrzése az első lépcsőhöz hasonlóan történt. Az OAH HA-5568 sz. határozatában a szilárdsági számítások felülvizsgálatára indított ellenőrzési eljárást lezárta. Előírta a határozathoz mellékelt észrevétel lista alapján a dokumentációk kiegészítését. A határozat indoklásban egyebek mellett megállapította, hogy a dokumentáció felülvizsgálat és az ellenőrző számítások nem tártak fel olyan műszaki problémát, amely a szilárdsági számítások végeredményét megkérdőjeleznék. Az NBSZ 3.3. és 3.25. sz. útmutatói előírják tervezési specifikáció készítését. A felülvizsgálat során azonban nem tudatosult, hogy a tervezési specifikációnak különálló, meghatározott struktúra szerint szerkesztett dokumentációnak kell lennie. A 2011-ben NAÜ által tartott SALTO vizsgálat annak ellenére bírálatként fogalmazta meg, a tervezési specifikációk formális hiányát, hogy a számítási dokumentációk minden olyan információt tartalmaztak, amelyeket az ASME BPVC III előír. Az ellenőrizhetőség és a formai követelmények teljesülése érdekében ASME formátumú tervezési specifikációk készítését ajánlották. Az útmutatók és NAÜ ajánlat alapján az ABOS 1 és ABOS 2 terjedelemre külön tervezési specifikáció dokumentációk készültek. Az ABOS 3 besorolású rendszerek és rendszerelemek konstrukciós felülvizsgálata Az ABOS 3 osztályba sorolt nyomástartó funkcióval rendelkező berendezések és csővezetékek konstrukciós felülvizsgálata folyamatban van. Az elemzések az ABOS 1 és ABOS 2 terjedelemnél kialakult gyakorlat szerint, a tapasztalatok figyelembevételével készülnek. A dokumentációk összeállításánál fokozott figyelmet kell fordítani az ASME BPVC III tervezési specifikációval és tervezési jelentéssel kapcsolatos formai követelmények teljesítésére, és a regisztrált szakértő mérnök szerepének megvalósulására is. A konstrukciós felülvizsgálat tapasztalatai, összefoglaló értékelés Az ismertetett, több mint tíz éve tartó konstrukciós felülvizsgálat számos vállalkozó együttműködésével valósult meg. A munka fővállalkozója a Pöyry Erőterv Zrt. illetve jogelődje volt. A konstrukciós felülvizsgálat első fordulójában a térfogatkompenzátor, főkeringtető szivattyúk, főelzáró tolózárak, szivattyúk és szerelvények dokumentációit az Olajterv Zrt. készítette fővállalkozóként. A felülvizsgálat második fordulójában az Erőterv alvállalkozójaként a TH- CAD Kft. a csővezetékek, a Veiki Energia + Kft. a reaktortartály, reaktorbelső és térfogatkompenzátor, a PAB Kft. a reaktor berendezés tömítő egységek, az Olajterv Zrt. pedig egyes szivattyúk és szerelvények vizsgálatát végezte. E vállalkozói körnél a feladatokkal megbízott munkatársak felkészültsége, száma, a feladatokhoz rendelkezésre álló számítástechnikai eszközök alkalmasaknak bizonyultak a jelentések megfelelő színvonalon való elkészüléséhez. Mindazonáltal voltak olyan vitás kérdések, amelyek szükségessé tették a folyamatos konzultációt, és a korrekciókat. Ezek közül néhány kiragadott példa: A résztvevő munkatársak szakmai hátterüknek megfelelően gyakran egyoldalúan közelítettek a feladathoz. Nem mindig ismerték fel az ASME BPVC kódnak megfelelő előírások beazonosításának, és a megfelelő specifikáció elkészítésének jelentőségét. Ezzel szemben Magyar Nukleáris Társaság, 2013 4

Nukleon 2013. december VI. évf. (2013) 147 egyes részletkérdések, számítási technikák jelentőségét túlértékelték. A feladatokat végző vállalkozók által alkalmazott végeselemes szoftverek eltértek egymástól. A dokumentáláshoz rendelkezésre álló eszközökben (pld. rajzoló programok és munkatársak) is mutatkoztak egyenetlenségek. Ezek az eltérések a dokumentációkban is megjelentek. A különböző vállalkozók munkatársainak munkahelye egymástól távol esett, ami nehezített a közvetlen együttműködést. A vizsgálandó berendezés megfelelő input bázisának megteremtéséhez szükséges dokumentáció gyűjtéséhez és feldolgozáshoz szükséges kapacitás korlátozott volta esetenként késleltette a munkát. A konstrukciós felülvizsgálatok folytatásánál a hiányosságok kiküszöbölésére törekszünk. A gyűjtött tapasztalatok felhasználásával várhatóan tovább emelkedik a készülő dokumentációk színvonala. Az ASME BPVC alkalmazásával egy a korábbitól jelentősen eltérő gondolkodásmódot kellett elsajátítani, ami a projekt egyetlen résztvevője számára sem volt könnyű. A sok feleslegesnek látszó próbálkozás, időigényes kitérő, kitartó erőfeszítés mégis eredményre vezetett, ami egy színvonalas konstrukciós dokumentáció gyűjtemény létrejöttében és egy az ASME kódot szakszerűen alkalmazni tudó szakember gárda kialakulásában érhető tetten. Irodalomjegyzék [1] Szabályzat az atomerőművek, a kísérleti és kutató reaktorok, valamint létesítmények berendezéseinek kialakítására és biztonságos üzemeltetésére, a Szovjetunió Minisztertanácsa Mellett Működő Állami Iparmunkavédelmi és Bányaműszaki Felügyelet, 1973 [2] Atomenergetikai Létesítmények Berendezéseinek és Csővezetékeinek Szilárdsági Számítási Normái, PNAE G-7-002-86, Állami Energetikai és Energiabiztonságtechnikai Felügyelet, 1989 [3] Számítási Normák az Atomerőművek, Kísérleti- és Kutató Reaktorok, valamint létesítmények Reaktorainak, Gőzfejlesztőinek, Tartályainak, és Csővezetékeinek Szilárdsági Méretezésére, Állami Energetikai és Energiabiztonságtechnikai Felügyelet, 1973 1 Atomerőművi Biztonsági Osztályba Sorolás 2 American Society of Mechanical Engineers, Boiler and Pressure Vessel Code Magyar Nukleáris Társaság, 2013 5

Nukleon 2013. december VI. évf. (2013) 148 Atomtörténet 1945-1955 I. rész Király Márton MTA Energiatudományi Kutatóközpont 1525 Budapest 114, Pf. 49, tel.: +36 1 392 2222 A második világháború utolsó heteiben a csendes-óceáni hadszínterén több meghatározó esemény történt, amelyek együttesen vezettek a háború lezárásához. Ezeket történeti, kronológiai sorrendbe állítva láthatóvá és némiképp érthetővé válnak azok a dilemmák és bizonytalanságok, amelyekkel a háborúban részt vevő országok vezetői néztek szembe azokban a zűrzavaros időkben. Az ekkor megalkotott atombombák sűrűn lakott városokra való ledobásának morális és erkölcsi problémái, katonai és diplomáciai szempontjai egyaránt rávilágítanak a mai napig rendezetlen kérdés egy-egy oldalára. Kétrészes írásomban a Japánra ledobott atombombák körülményeiről, következményeiről, a második világháborút követően kibontakozó szovjet és angol atombomba programról, a hidrogénbomba kifejlesztéséről, a hidegháború korai időszakáról és az atomenergia békés célú felhasználásnak kezdeteiről lesz szó. Hirosima és Nagaszaki, avagy a második világháború végének története Amerikában 1945 közepére a Manhattan projekt elérte tetőpontját. 1945. július 16-án, egy nappal a szövetséges vezetők potsdami konferenciája előtt Új-Mexikó sivatagában felrobbant a világ első atombombája. A Trinity fedőnevű kísérleti robbantással sikerült bizonyítani a plutónium koncentrált berobbantásával (implózióval) működő bomba megvalósíthatóságát és elhárult az utolsó akadály a maghasadás energiáját felhasználó, tömegtermelésre alkalmas fissziós fegyverek bevetése előtt. Pontosabban elhárult az utolsó fizikai akadály. A Manhattan-projekt ugyanis eredetileg Hitler és a fasizmus európai térhódításának megakadályozására, tömegpusztító atomfegyverek kifejlesztésére való törekvéseinek ellensúlyozására jött létre, valamint az 1938-ban felfedezett maghasadás által elviekben létrehozható szabályozatlan maghasadásos láncreakció kísérleti igazolására. Az 1945. május 8-án aláírt német fegyverletétel és a sikeres kísérlet után a tudósok nagy része befejezettnek tekintette feladatot. Azonban Amerika ekkor még mindig hadban állt a tengelyhatalmak utolsó megmaradt tagjával, a Japán Birodalommal. 1945 közepére Japán veresége elkerülhetetlennek látszott még legfelsőbb katonai vezetése szerint is. A háború irányát meghatározó Legfelsőbb Haditanács (Big Six) a japán kormány hat legfontosabb miniszteréből és vezérkari főnökéből állt. Tagjai két pártra szakadtak, a béke és a háború pártjára, amelyek különböző stratégiát próbáltak megvalósítani. Céljuk ekkor már nem a totális győzelem elérése, csupán a feltétel nélküli fegyverletétel elkerülése volt. Ez ugyanis az uralkodó felelősségre vonhatóságát és a birodalmi berendezkedés elvesztését jelentette volna, amely számukra elképzelhetetlen volt. A Big Six háborút támogató fele annyi veszteséget akart okozni az amerikaiaknak a totális háborúban alkalmazott kamikáze támadások által, hogy azok engedni kényszerüljenek követeléseikből. A békepártiak ezzel szemben mielőbb véget akartak vetni a háborúnak és a szovjetek közreműködésével szerették volna módosítani a kapituláció feltételeit. Ralph Austin Bard államtitkár Henry L. Stimson hadügyminiszternek 1945 júliusában írt memorandumában azt sürgette, hogy hivatalosan figyelmeztetessék Japánt, mielőtt az atombombát bevetnék a japán városok ellen. Bard úgy érezte, hogy talán a japán kormány a fegyverletétel közvetítésére keres valamilyen lehetőséget. A memorandum azt is javasolta, hogy Japánt tájékoztatni kellene az oroszok álláspontjáról, azaz a Szovjetunió várható belépéséről a háborúba, és hogy biztosítékokat kéne adniuk a japán császárra és a japán nemzettel való bánásmódra való tekintettel a feltétel nélküli megadást követően [1]. Szilárd Leó még az első sikeres atomkísérlet végrehajtása előtt előre látta a hidegháború, a tömegpusztító fegyverkezési verseny és a kölcsönös teljes megsemmisítés lehetőségének eljövetelét és minden erejével igyekezett ennek megfékezésére. 1945. július 3-án egy petíciót szerkesztett és olvasott fel a Chicagói Metallurgiai Laboratórium munkatársainak. Ebben morális alapon kérte az Egyesült Államok elnökét, hogy a háború jelen körülményei között ne vesse be az atombombát a japán lakosság ellen. A petíció egy részlete így szól: Az elmúlt néhány évben markáns tendencia látható a növekvő kegyetlenség irányába. Jelenleg légierőnk, a japán városokra csapást mérve, a hadviselés ugyanazon eszközeit használja, amelyeket az amerikai közvélemény alig néhány évvel ezelőtt elítélt, amikor a németek alkalmazták Kontakt: kiraly.marton@energia.mta.hu Beérkezett: 2013. szeptember 9. Magyar Nukleáris Társaság, 2013 Közlésre elfogadva: 2013. október 1.

Nukleon 2013. december VI. évf. (2013) 148 Anglia városai ellen. Az atombomba bevetése ebben a háborúban tovább vezetné a világot a kegyetlenség útján [2]. Az Oak Ridge-be és Los Alamos-ba is továbbított petíció kísérőlevelében ez áll: Bármilyen kicsi az esély arra, hogy a petíciónk befolyásolhatja a kibontakozó eseményeket, én személy szerint úgy érzem, hogy fontos lenne, ha nagyszámú tudós, akik ezen a területen dolgoztak, tisztán és összetéveszthetetlenül jegyzőkönyvbe vennék, hogy erkölcsi alapon ellenezték a bombák használatát a háború jelenlegi fázisában [3]. A július 17-én részben átfogalmazott petíció, amelyet több Manhattan projektben részt vett tudós, többek között Wigner Jenő is aláírt, így fogalmaz: Így a nemzetnek, amely példát állít fel a természet ezen újonnan felszabadított erőinek rombolás céljára való felhasználására, viselnie kell a felelősséget, hogy megnyitotta az utat az elképzelhetetlen méretű pusztítás korszakába [4]. A petíció Truman elnökhöz sosem jutott el, mert a hivatalos úton benyújtott tiltakozás elakadt a bürokrácia útvesztőiben. Ezeket a dokumentumokat a háború végén titkosították, 1961-ig nem voltak elérhetőek a nagyközönség számára, és csak 1963-ban, egy évvel Szilárd halála előtt publikálták. Azonban megmutatják a tudományos közösség megosztottságát a közös munkájuk révén létrejött atombomba bevethetőségének morális, erkölcsi kérdéseivel kapcsolatban. Az amerikai kormány az atombomba bevetésével megpróbálta mielőbb befejezni a háborút a feltétel nélküli fegyverletétel kikényszerítésével. Ellenkező esetben a háború befejezését az akkoriban kidolgozott Downfall (Bukás) hadművelettől várták, amely a Japán főszigetek megszállásának terveit tartalmazta. Eszerint 1945 novemberétől megkezdődtek volna a nagyszabású partraszállások és ezek végrehajtása előre láthatólag egy év alatt több százezer szövetséges áldozattal járt volna [5]. Ezek a tervek azonban nem vették figyelembe a szovjetek Jaltában megígért, azonban előre nem tervezhető hadba lépését Mandzsúriában. A bomba a Tokiói-öbölben vagy egy kiürített város fölött való vértelen demonstrációjának lehetőségét a vezetők augusztusra kizárták, egy esetlegesen rosszul sikerült teszt politikai következményeire hivatkozva. A háború végére már nem volt szempont az ártatlan civil áldozatok számának minimalizálása, a japán városok hónapok óta szőnyegbombázás alatt álltak, ártatlan emberek százezreinek halálát okozva. A katonai vezetőkben már nem merült fel a kérdés, hogy szabad-e egyáltalán bevetni egy ilyen bombát? Truman úgy érezte, hogy meg kell előznie a szovjetek hadba lépését Japán ellen és el kell kerülnie a tervezett partraszállások emberveszteségeit. Megragadta az alkalmat, hogy bemutassa a világnak az Egyesült Államok felsőbb rendű harcászati technológiáját és kipróbálja a világ egyik legdrágább beruházásának eredményét. Mivel a légierő sértetlen városokon akarta kipróbálni az atombomba pusztító hatásait, így Kiotó, Kokura, Hirosima, Nagaszaki és Niigata városokat megkímélték a gyújtóbombázásoktól [6]. Az Enola Gay névre keresztelt B-29 Superfortress repülőgép 1945. augusztus 6-án 8 óra 15 perckor kioldotta Hirosima városa fölött rakományát. A 16 ezer tonna TNT-vel egyenértékű Little Boy robbanása a város fölött azonnal megölt 70 ezer embert (ebből 20 ezer katona), és további 60 ezer ember halt meg a kórházi ellátás hiánya és az elszenvedett sugárzás miatt még abban az évben. Az atombomba által okozott pusztítás példátlan mértékű volt. A bombák által érintett területen, az epicentrumtól két kilométeren belül az épületek (főleg alacsony, fagerendás lakóházak) 70%-a megsemmisült, további 7%-a erősen megrongálódott, részben a tűzgömb és a lökéshullám, részben az azt követő mesterséges tűzvihar miatt [7]. Csak a megerősített vasbeton épületek menekültek meg az atombomba hatásaitól, a legismertebb példa erre a Genbakukupola, amely mintegy 620 méterre volt a robbanás helyétől. Az atombomba pusztító hatásai a következőképpen kategorizálhatók: Elektromágneses sugárzás és tűzgömb: a bomba robbanásából származó sugárzó hő és az ionizált levegő az útjába eső felületeken azonnali égést, szenesedést, párolgást okoz, a bombából felszabaduló energia 40-50%-a ilyen formában nyilvánul meg. A robbanás kezdeti hőmérséklete több tízmillió fok, hőmérsékleti sugárzása folytonos, a villanás fényének erőssége rövid ideig eléri a Nap fényerejének tízszeresét. Lökéshullám: hangsebességnél gyorsabban terjedő nyomásfront, amelyet a hirtelen felmelegedett levegő kiterjedése okoz. A hullám terjedésére merőleges falfelületekre nehezedő nagy nyomás az épületek összeomlásáért és a tűzvész könnyű terjedéséért felelős, a bomba robbanásakor felszabaduló energia 30-40 %-a nyilvánul meg ebben a formában. Ionizáló sugárzások: a láncreakció során keletkező gammasugárzás mélységi, kiterjedt sejtpusztulást idéz elő nagy áthatoló képessége miatt, a radioaktív kihullásból származó alfa- és bétasugárzás felületi égést okoz az érintkező testfelületen, belélegezés esetén a tüdőben. Az atombomba pusztító hatásának mintegy 10 %-a idézi elő a fenti sérüléseket, és annak hosszú távú következményeit (sugárbetegség, daganatos megbetegedések). Az 1. ábrán látható a város látképe a levegőből a bomba ledobása előtt és közvetlenül utána. A Hirosimában keletkezett tűzvihar az egyszerre égő tüzek összekapcsolódásából jött létre. A tűzben felfelé áramló levegő kéményként működve minden irányból óriási mennyiségű friss levegőt szívott magába, tornádó erősségű saját szélrendszert alkotva táplálta a kiterjedt tüzet. Számítások szerint ugyanez a hatás előidézhető lett volna 1000 tonna hagyományos gyújtóbombával is [9]. 1943-ban Hamburg bombázása során, 3000 repülőgép 9000 tonna bombát dobott le a városra a Gomora hadművelet keretében. 42 ezer ember meghalt, 37 ezer megsebesült, 39 km 2 -nyi terület dőlt romba. 1945-ben Tokió bombázása során legalább 100 ezer ember halt meg, a város területének nagy része, mintegy 41 km 2 megsemmisült. Ezek a bombázások az atombombával ellentétben óriási légiflottát és rengeteg muníciót igényeltek, közvetlen hatásaik azonban nem terjedtek tovább a háború utáni generációkra. Truman nem látott sok különbséget Drezda vagy Tokió gyújtóbombázása és az atombomba használata között. Az atom-tudósok nem ismerték a sugárbetegség várható mértékét és pontos hatásait, mivel embereken nem végeztek hasonló kísérleteket. A gyújtóbombák és tömegpusztító fegyverek civil lakosság ellen irányuló, válogatás nélküli használata lehet részben az ellenség háborús propaganda általi dehumanizációjának, emberiességétől való megfosztásának eredménye. Magyar Nukleáris Társaság, 2013 2