Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Nukleáris Technika Tanszék Atomenergia-termelés A reaktorok működése, szerkezete és biztonsága Dr. Sükösd.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Nukleáris Technika Tanszék Atomenergia-termelés A reaktorok működése, szerkezete és biztonsága Dr. Sükösd."— Előadás másolata:

1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Nukleáris Technika Tanszék Atomenergia-termelés A reaktorok működése, szerkezete és biztonsága Dr. Sükösd Csaba egyetemi docens, tanszékvezető XXVIII. Országos Általános Iskolai Fizikatanári Ankét, Karcag június 21-25

2 Atomenergia-termelés A reaktorok működése, szerkezete és biztonsága XXVIII. Országos Általános Iskolai Fizikatanári Ankét, Karcag június Emberi ujjperc (~0,01 m) sejt (~0, m) atomok (~0, m) tízezerszer kisebb atommagok (~0, m) tízezerszer kisebb Kicsik, de fontosak! A testek súlyát (tömegét) a bennük lévő atommagok adják! Az anyag roppant „üres” ! (Elektronok „tartják távol” az atommagokat) tízezerszer kisebb Ha egy emberben lévő atommagokat egymás mellé helyeznénk, a mérete gombostűfejnél kisebb lenne! (De a súlya a mi súlyunk lenne!)

3 Atomenergia-termelés A reaktorok működése, szerkezete és biztonsága XXVIII. Országos Általános Iskolai Fizikatanári Ankét, Karcag június Az atommagok is összetett részek: még kisebb részecskékből, protonokból és neutronokból állnak. Ezek azonban szorosan összesimulva helyezkednek el az atommagban Erősen vonzzák egymást (de csak ha közel vannak) Sok protont tartalmazó atommagba több neutron kell, hogy kötésükkel ellensúlyozzák a protonok taszító hatását. A Földön a legtöbb proton az urán atommagjában van: 92 db. A neutronok elektromosan semlegesek (jó „ragasztóanyag”) A protonok elektromosan is töltöttek ( + töltésük van), ezért taszítják (is) egymást (ha távol vannak, akkor is!)

4 Atomenergia-termelés A reaktorok működése, szerkezete és biztonsága XXVIII. Országos Általános Iskolai Fizikatanári Ankét, Karcag június Két fajta „stabil” urán atommag is van: a 235 U, és a 238 U. 235 U: 92 db proton+143 db neutron 238 U: 92 db proton+146 db neutron A természetes uránban az arányuk 1:140, azaz minden 140-edik uránmag 235 U, a többség pedig 238 U. (0,71% 235 U, 99,29% 238 U) A maghasadás jelensége: neutron+ 235 U két kisebb atommag + 3 neutron + energia

5 Atomenergia-termelés A reaktorok működése, szerkezete és biztonsága XXVIII. Országos Általános Iskolai Fizikatanári Ankét, Karcag június A legtöbb atommag (a 238 U is) csak elnyeli a neutronokat, de nem hasad el. Csak a 235 U ilyen különleges ! van, amelyik csak „elrepül” mellette. Annál valószínűbb a hasadás, minél hosszabb ideig tartózkodik a mag közelében!! Probléma: a maghasadáskor keletkezett neutronok részesülnek a felszabaduló nagy energiából, tehát nagyon gyorsak. Nagy sebesség rövid ideig van a mag mellett! NEM JÓ ! DE: Nem minden neutron hasítja el a 235 U-t sem! El is nyelődhet, és Megoldás: neutronok lelassítása. Moderátor anyag ( víz, nehézvíz, grafit )

6 Atomenergia-termelés A reaktorok működése, szerkezete és biztonsága XXVIII. Országos Általános Iskolai Fizikatanári Ankét, Karcag június A láncreakció (Szilárd Leó ötlete): a maghasadáskor keletkezett neutronokat újabb maghasadás kiváltására használjuk, így a számuk gyorsan megsokszorozódik. Ez mértani sorozat: 3 n. Ha a hányados k, akkor k n szerint változik (pl. 1, 3, 9, 27, 81, 243, 729, 2187, …)

7 Atomenergia-termelés A reaktorok működése, szerkezete és biztonsága XXVIII. Országos Általános Iskolai Fizikatanári Ankét, Karcag június A hasadáskor átlagosan keletkező neutronok száma = 2,4. Ha minden keletkező neutron hasítana, akkor k = 2,4 lenne ! Nem minden keletkező neutron okoz azonban hasadást ! Elnyelődhetnek pl. a 238 U-ban, de a reaktorban lévő egyéb anyagokban is (még a moderátorban is), vagy addig bolyonganak, amíg kiszöknek a reaktorból! „Neutronháztartás”A tényleges neutron sokszorozási tényező: k = (N i+1 /N i ), ahol N i+1 és N i két, egymást követő neutron-generáció neutronszáma. k >1 növekszik (szuperkritikus) =1 állandó (kritikus) <1 csökken (szubkritikus)

8 Atomenergia-termelés A reaktorok működése, szerkezete és biztonsága XXVIII. Országos Általános Iskolai Fizikatanári Ankét, Karcag június szuperkritikus szubkritikus

9 Atomenergia-termelés A reaktorok működése, szerkezete és biztonsága XXVIII. Országos Általános Iskolai Fizikatanári Ankét, Karcag június A láncreakció befolyásolása (1) 2x akkora reaktor 4x akkora felület, 8x annyi 235 U (térfogat), ezért a kiszökés aránya felére csökken! oldalhossz felület térfogat x 6 8 x 1 Kiszökés aránya: felület felület felület keletkezés összes 235 U térfogat ~~ A kiszökés aránya tehát a rendszer méretének növelésével csökkenthető. „Kritikus méret, kritikus tömeg” Keletkezés (hasadás): ~ 235 U atommagok összes száma ~ térfogat Keletkezés (hasadás) Kiszökés Elnyelődés

10 Atomenergia-termelés A reaktorok működése, szerkezete és biztonsága XXVIII. Országos Általános Iskolai Fizikatanári Ankét, Karcag június Elnyelés/hasadás aránya: neutron-elnyelő anyagok változtatásával, a hasadás valószínűségének növelésével 235 U/ 238 U arány növelése (dúsítás) neutronok lassítása (neutronlassító közeg, moderátor) szabályozó rudak, vízben oldott bórsav víz, nehézvíz, grafit Az önfenntartó láncreakció megvalósíthatósága: természetes urán (0,71% 235 U) kicsit dúsított urán (3-5% 235 U) erősen dúsított urán (90% 235 U) ÜzemanyagModerátor nehézvíz, grafit könnyűvíz nem szükséges A láncreakció befolyásolása (2) Keletkezés (hasadás) Kiszökés Elnyelődés

11 Atomenergia-termelés A reaktorok működése, szerkezete és biztonsága XXVIII. Országos Általános Iskolai Fizikatanári Ankét, Karcag június Atomreaktor fontos részei üzemanyag (dúsítás..) moderátor szabályozó elemek hűtő- és hőhordozó közeg (energia) sugárvédelmi fal (radioaktivitás) láncreakció neutron+ 235 U két radioaktív atommag + 3 neutron + energia Maghasadás (emlékeztető) láncreakció A hőtől a villamos áramig Atomerőmű, mint hőerőmű Építsünk atomerőművet! Építsünk atomerőművet! (internet)

12 Atomenergia-termelés A reaktorok működése, szerkezete és biztonsága XXVIII. Országos Általános Iskolai Fizikatanári Ankét, Karcag június Az atomerőművek előnyei (1) 1) Sűrű energia: maghasadáskor sokmilliószor annyi energia szabadul fel, mint a szén, olaj, vagy földgáz elégetésekor szén olaj urán ~2 millió tonna (21000 vasúti kocsi) ~1,3 millió tonna (10 millió hordó) ~30 tonna UO 2 (1 vasúti kocsi) Következmények: a)Bányászat olcsó, kisebb kockázatú b) Szállítás olcsó c) Nagy tartalék készle- tek halmozhatók fel: Független energia- ellátás d) Hulladék kisebb mennyiségű

13 Atomenergia-termelés A reaktorok működése, szerkezete és biztonsága XXVIII. Országos Általános Iskolai Fizikatanári Ankét, Karcag június Az atomerőművek előnyei (2) 2) Környezetbarát: atomerőművekben nem keletkezik üvegházhatást okozó gáz (széndioxid). Kyotó Egyezmény vállalásai csak atomerőművekkel teljesíthetők 3) Olcsó: az összes többi energiatermelési móddal összehasonlítva az egyik legolcsóbb (a földgáztüzelésű erőművek kb. ilyen olcsók még) 4) Földrajzi adottságoktól függetlenül telepíthető: pl. vízerőmű, szélerőmű, napenergiával működő erőmű nem ilyen 5) Pillanatnyi klimatikus hatásoktól függetlenül működik: pl. szélerőmű, napenergiával működő erőmű nem ilyen

14 Atomenergia-termelés A reaktorok működése, szerkezete és biztonsága XXVIII. Országos Általános Iskolai Fizikatanári Ankét, Karcag június A nukleáris üzemanyag-ciklus járulékos problémái Aki dúsítani tud, az 90%-ra dúsított uránt is tud készíteni (atomfegyver készítése) Az újrafeldolgozás során plutónium is kinyerhető! (bomba) Hosszú időre biztonságosan kellene megoldani Normál üzem/üzemzavar Nukleáris balesetek

15 Atomenergia-termelés A reaktorok működése, szerkezete és biztonsága XXVIII. Országos Általános Iskolai Fizikatanári Ankét, Karcag június Atomerőművek radioaktív kibocsátása Többszintű védelem: Pasztillák (megkötik a keletkező anyagokat) Üzemanyag pálcák (hermetikusan lezárva) Nyomásálló reaktor-tartály Biológiai védelem (konténment)

16 Atomenergia-termelés A reaktorok működése, szerkezete és biztonsága XXVIII. Országos Általános Iskolai Fizikatanári Ankét, Karcag június Atomerőművek biztonsága (1) Láncreakció megszaladása elleni védelem: a láncreakcióhoz moderátor szükséges! Ha víz a moderátor, akkor biztonságos, hiszen: Ha növekszik a láncreakció sebessége… …növekszik a hőmérséklet… …elforr a víz, nem lesz moderátor… …leáll a láncreakció. Önmagától, közbe sem kellett avatkozni !! (nem tud „elromlani”)

17 Atomenergia-termelés A reaktorok működése, szerkezete és biztonsága XXVIII. Országos Általános Iskolai Fizikatanári Ankét, Karcag június Atomerőművek biztonsága (2) Ha ilyen jó, akkor mi történt Csernobilban? Csernobilban a moderátor grafit volt, mint az első atommáglyánál A víz csak hűtést (energiaszállítást) végzett, és ezért nem volt moderátor szerepe, de valamennyi neutront elnyelt !!! Grafitmoderátoros, vízhűtésű reaktor

18 Atomenergia-termelés A reaktorok működése, szerkezete és biztonsága XXVIII. Országos Általános Iskolai Fizikatanári Ankét, Karcag június Ha növekszik a láncreakció sebessége… …növekszik a hőmérséklet… …elforr a víz, nem nyel el annyi neutront (a grafit moderátor ott marad!)… …a láncreakció még gyorsabbá válik !! Ha grafit a moderátor és vízzel hűtünk (Csernobil) akkor: Instabil üzemállapot !! Atomerőművek biztonsága (3) Ez sem volt azonban atombomba-robbanás, „csak” hőrobbanás (kazán)

19 Atomenergia-termelés A reaktorok működése, szerkezete és biztonsága XXVIII. Országos Általános Iskolai Fizikatanári Ankét, Karcag június Radioaktív hulladékok Csoportosítás: kis- és közepes aktivitás Aktivitás szerint: nagy aktivitás (pl. kiégett fűtőelemek) Felezési idő szerint: Rövid felezési idejű (< 30 év) Hosszú felezési idejű (> 30 év)

20 Atomenergia-termelés A reaktorok működése, szerkezete és biztonsága XXVIII. Országos Általános Iskolai Fizikatanári Ankét, Karcag június Radioaktív hulladékok elhelyezése (1) Kis- és közepes aktivitású, rövid felezési idejű hulladékok (felszín közeli)

21 Atomenergia-termelés A reaktorok működése, szerkezete és biztonsága XXVIII. Országos Általános Iskolai Fizikatanári Ankét, Karcag június Nagy aktivitású, hosszú felezési idejű hulladékok (mély geológiai tárolás) Stabil geológiai réteg - földrengésmentes hely - távol a talajvíztől - „öngyógyuló” - kis sebességű vándorlás Megvalósított/tervezett - gránit (Finnország, Svédország) - sóbánya (Németország) - Yucca hegység (USA) Radioaktív hulladékok elhelyezése (2)

22 Atomenergia-termelés A reaktorok működése, szerkezete és biztonsága XXVIII. Országos Általános Iskolai Fizikatanári Ankét, Karcag június Radioaktív hulladékok szállítása (1) A radioaktív anyagokat nagy konténerekben szállítják A különleges szilárdság elérésre ezeket egyetlen darabból sajtolják

23 Atomenergia-termelés A reaktorok működése, szerkezete és biztonsága XXVIII. Országos Általános Iskolai Fizikatanári Ankét, Karcag június Radioaktív hulladékok szállítása (2) A konténereket nagy mechanikai megterhelést jelentő teszteknek (pl. ejtési teszt) vetik alá. A nagyközönséget a szakmai tesztek nem győzték meg a konténerek biztonságáról, ezért egy valódi vasúti katasztrófát rendezett meg Angliában a CNGB Egy konténert elhelyeztek a brit vasúttársaság egy kocsiján (amilyenen a szállítás történik)

24 Atomenergia-termelés A reaktorok működése, szerkezete és biztonsága XXVIII. Országos Általános Iskolai Fizikatanári Ankét, Karcag június Radioaktív hulladékok szállítása (3) A kisiklatott kocsinak egy vezető nélküli vonatot ütköztettek. A vonat automatikus gyorsítással 160 km/h sebességet ért el, mire az ütközés bekövetkezett. Biztonságos távolból a sajtó kép- viselői is figyelték a katasztrófát. A mozdony vonóhorga éppen a konténert találta el a borzalmas erejű ütközésben.

25 Atomenergia-termelés A reaktorok működése, szerkezete és biztonsága XXVIII. Országos Általános Iskolai Fizikatanári Ankét, Karcag június Radioaktív hulladékok szállítása (4) Az ütközést követő mérések igazolták, hogy a konténer még egy ilyen erejű katasztrófa esetén is biztonsággal megvédené a környezetet a radioaktív szennyezéstől. A konténer belsejében uralkodó túlnyomás mindössze 0,26%-al csökkent. Ez azt jelenti, hogy csak elhanyagolható mennyiségű radioaktivitás került volna a környezetbe a baleset alkalmával, ha a konténer ténylegesen radioaktív anyagot tartalmazott volna. Ezek alapján már a nagyközönség is meggyőződhetett arról, hogy a radioaktív anyagok szállítására szolgáló konténerek biztonságosak

26 Atomenergia-termelés A reaktorok működése, szerkezete és biztonsága XXVIII. Országos Általános Iskolai Fizikatanári Ankét, Karcag június Köszönöm a megtisztelő figyelmet!


Letölteni ppt "Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Nukleáris Technika Tanszék Atomenergia-termelés A reaktorok működése, szerkezete és biztonsága Dr. Sükösd."

Hasonló előadás


Google Hirdetések