A Hét 1982/1 (27. évfolyam, 1-26. szám)
1982-01-09 / 2. szám
Tudomány-technika v AZ ATOMENERGIA ÉS AZ ENERGIAELLÁTÁS JÖVŐJE/II. A LÁNCREAKCIÓ ÉS AZ ATOMREAKTOROK Az urán 235-ös izotópjának (U235) hasadásakor jelentős mennyiségű energia szabadul fel. Amíg a szén elégetésénél egy szénatom és két oxigénatom egyesítésekor 4 eV energiát nyerünk, addig az U235 atommagjának hasadásakor 200 eV energia nyerhető. Az atommag energiájának a felszabadítása a láncreakció segítségével történik. Ha egy neutron bekerül az urán atommagjába a mag hasadására kerülhet sor. Ilyenkor a felszabaduló energián kívül radioaktív hasadási termékek és további két vagy három neutron keletkezik, amelyek újabb maghasadásokat válthatnak ki és ezzel a maghasadás láncreakcióját idézhetik elő. A keletkező neutronok jelentős része azonban anélkül, hogy további maghasadást váltana ki, eltávozik a hasadóanyagból. A távozó neutronok száma egyenesen arányban áll a hasadóanyag felszínének nagyságával, a keletkező neutronok száma pedig a hasadóanyag térfogatával. A hasadóanyag méreteinek növelésekor a felszín mindig lassabban növekszik, mint a térfogat. Ebből adódik, hogy a hasadóanyag méreteinek növelésével elérhetjük azt a kritikus nagyságot, amikor is állandósult, önfenntartó láncreakció jön létre. A láncreakció útján keletkező neutronok rendkívül nagy kinetikai energiával rendelkeznek, ami egyes hasadóanyagok esetében csökkenti a maghasadás valószínűségét. Ez az egyik oka annak, hogy a természetben előforduló urán 238-ban nem jöhet létre önfenntartó láncreakció. A láncreakció létrejöttéhez jobb feltételeket biztosíthatunk, ha a neutronok energiáját lecsökkenjük az úgynevezett termikus energiaszintre. Erre a célra lassítóközeget (moderátort) alkalmazunk, vagyis könnyű atomsúlyú elemeket, amelyek atommagjaival a neutronok rugalmasan ütköznek, miközben elveszítik energiájuk egy részét. Kitűnő lassító-közegnek bizonyult a deutériumot tartalmazó nehézvíz, a grafit stb. Az irányított láncreakciók az atomreaktorban játszódnak le. Ha az atomreaktorokban lassitó-közeget alkalmaznak, vagyis a láncreakciót termikus energiájú neutronok hozzák létre, termikus atomreaktorokról beszélünk. Ha az atomreaktor iassító-közege víz, üzemanyagként csak dúsított urán alkalmazható (a természetben legnagyobb mennyiségben előforduló U238 -at U235 -tel dúsítják). A gyorsreaktorokban nem alkalmaznak lassitó-közeget. Itt a láncreakciót a gyors neutronok hozzák létre. A felhasznált üzemanyag a termikus reaktorok üzemanyagánál jóval nagyobb mennyiségű urán 235-öt tartalmaz. Sokakban felvetődik a kérdés, hogy mi a különbség az atomreaktor és az atombomba között. Elvileg nem sok. Mind a két berendezés tartalmaz olyan mennyiségű hasadóanyagot, amely elegendő a láncreakció létrehozásához és fenntartásához. Az energetikai reaktorban azonban a láncreakció lefolyása irányítható. Az atombomba úgy van megszerkesztve, hogy a benne levő hasadóanyag (urán 235-ös vagy plutonium) két vagy több szubkritikus tömbben helyezkedik el. A töltet gyújtása úgy történik, hogy ezeket a tömböket egymásba lövik s így a bombát szuperkritikussá teszik. A bombában elhelyezett neutronforrás indítja meg a láncreakciót. A termikus reaktorok hasadóanyagának szuperkritikussá válása az alacsony U23S -ös tartalom miatt lehetetlen. Ez a veszély azonban elméletileg a gyorsreaktorok esetében fennáll, de bekövetkezési valószínűsége elhanyagolhatóan kicsi. Felmerül még a kérdés, hogy képes-e egy terrorista csoport kisüzemi módon atombombát előállítani és azt esetleg fel is robbantani. A tudósok nagy része nemmel válaszol, de azt is hozzáteszik: ma még nem. Tudni kell azonban azt is, hogy létezik a hasadóanyagoknak egy olyan nemzetközi nyilvántartási rendszere, amely „fizikailag" akadályozza meg ezeknek az anyagoknak illetéktelen kezekbe jutását. AZ ATOMERŐMÜVEK A VILÁG VILLAMOS ENERGIA TERMELÉSÉBEN A Nemzetközi Atomenergia Ügynökség adatai szerint az üzemelő atomeröművi reaktorok száma jelenleg meghaladja a 250-et. Ez az erőművi kapacitás kb. 140 GW-ot tesz ki (1GW = 1000 MW) és a következőképpen oszlik meg: az USA-ban 58 GW, a Szovjetunióban 10 GW, Nyugat- Európában 36 GW. Az európai szocialista országok együttesen (a Szovjetunió kivételével) 3,6 GW teljesítménnyel rendelkeznek. A fennmaradó részt Kanada és a fejlődő országok eröművi kapacitása teszi ki. A mai atomeröművi technika világszerte uralkodó reaktortípusa a vízzel hűtött és las sító-közegként is vizet alkalmazó reaktor. Két fajtája ismeretes. Az első típusba tartozó reaktorok hűtőközegét nagy nyomás alá helyezett folyékony halmazállapotú víz képezi, amely a reaktorban felvett hőt a gőzfejlesztőkben adja le. Az itt keletkezett gőz a szekundér köri turbinákat működteti. A második típusú reaktorokkal ellátott atomerőművek nem rendelkeznek gőzfejlesztőkkel, mert itt a gőz már a reaktorban keletkezik, ahonnan egyenesen a turbinákra jut. Széles körű alkalmazást nyertek a nehézvizes reaktorok is. Fejlesztésükkel és gyártásukkal főleg Kanadában foglalkoznak. Üzemeltetésükhöz dúsitatlan természetes uránból lehet fűtőelemeket kialakítani. E reaktortípusnak vannak üzemviteli előnyei, a biztonsági követelményeket is könnyebb kielégíteni, a nehézvíz utánpótlása azonban problémamentes. Ugyancsak természetes uránnal működnek a gázhűtésű, lassító-közegként grafitot alkalmazó reaktortípusok is. Főleg Franciaországban és Nagy-Britanniában foglalkoztak velük, de nem bizonyultak versenyképesnek, ezért leálltak a fejlesztésükkel. Napjainkban a kutatások súlypontja a gyorsreaktorokra tevődött át. Ezt a reaktortipust szaporító reaktornak is nevezik, mert az üzemanyagában levő U 238-at hasadóképes plutóniummá alakítja át, és így több hasadóanyagot termel, mint amennyit elfogyaszt. Ezt a reaktortípust folyékony nátriummal hütik. Néhány kísérleti jellegű gyorsreaktoros erőmű már üzemel a Szovjetunióban, Franciaországban, és az NSZK-ban. Csehszlovákiában és a többi KGST országban az atomenergetika fejlesztése a Szovjetunióval történő szoros együttműködés útján valósul meg. Hazánkban pillanatnyilag már üzemel a Jaslovské Bohunice-i V 1-es atomerőmű, teljesítménye 2 X 440 MW. Az atomerőmű két szovjet gyártmányú WER 440-es reaktorral rendelkezik. Jelenleg — szintén Jaslovské Bohunicében — az építés stádiumában van a V 2-es atomerőmű, amely mind teljesítményében, mind reaktortípusában megegyezik a V 1-es atomerőművel. WER 440-es reaktorokkal lesznek ellátva a dél-morvaországi V 3 és V 4-es atomerőművek, valamint a Léva mellett épülő mohi atomerőmű is. amelyek fokozatosan kezdik meg működésüket a 8. ötéves terv végéig. A csehszlovák atomenergetika ezután a WER 1000 reaktortípusok alkalmazására tér át. Az első négy blokk felépítését a dél-csehországi Malovicén tervezik. Az előzetes tervek szerint 1995-ig hazánk atomeröművi kapacitása 15 000 MW lesz. AZ ATOMERŐMÜVEK BIZTONSÁGA Az atomerőművek megjelenése óta a legvitatottabb kérdés, hogy mennyire biztonságosak és milyen kockázatot vállal az emberiség alkalmazásukkal. Mi is az. ami az atomerőművekben veszélyes? Mint már említettük, az atomreaktor, amely természetes vagy enyhén dúsított uránnal működik sohasem változhat atombombává. A veszély forrásai azok a radioaktív hasadási termékek, amelyek a láncreakció során az atomreaktorban felhalmozódnak. A fűtőelemekben keletkező radioaktivitás környezetbe való kijutásának megakadályozására „háromszoros" biztonsági rendszert építettek, amelynek már az egyes önálló elemei: mint a fűtőelem burkolata, a primérkör szerkezete és a hermetikus tér is kellő védelmet nyújthatnak. Ezenkívül a reaktor olyan biztonságvédelmi rendszerekkel rendelkezik, amelyek egymástól függetlenek, eltérő elven működnek és veszélyhelyzetben emberi beavatkozás nélkül is leállíthatják a reaktorban végbemenő láncreakciót. Az atomerőmű elképzelhető legnagyobb üzemzavara az aktivzóna fűtőelemeinek szétolvadása a reaktor hűtőközegének esetleges megsemmisülése során. Ilyenkor nagyobb koncentrációjú radioaktív szennyező anyagok juthatnak a szabadba, ami a személyzet vagy a környéken Jakok egészségét veszélyezteti. Ennek az eseménynek a bekövetkezési valószínűsége azonban rendkívül kicsi. Szakkörökben ismeretes az úgynevezett Rasmussen-jelentés, amelyben amerikai szakemberek megvizsgálták a vízhűtéses reaktorok működésében elképzelhető üzemzavarokat és számítógépes modellezéssel meghatározták azok bekövetkezési valószínűségét. A jelentés szerint annak valószínűsége, hogy egy amerikai állampolgár valamely atomerőmű üzemzavara következtében fog meghalni csupán akkora, mint annak a valószínűsége, hogy egy meteorit üti majd agyon. Az NSZK-ban is végeztek hasonló számításokat, amelyek szerint csak a reaktorzóna megolvadásával járó baleset okozhat jelentős mértékű radioaktív fertőzést. Az elképzelhető legsúlyosabb balesetnél, ami a számítások szerint 25 erőműre számolva 100 millió évenként egyszer fordulna elő 14 500 közvetlen haláleset és 100 000 ember későbbi sugárbetegsége léphetne fel az NSZK viszonyai között. Összehasonlításul az USA-ban évente kb. 50 000 ember hal meg autószerencsétlenség következtében. A számítások eredményeit sokan nem találják elfogadhatónak, mivel szerintük a meghibásodási valószínűség kiszámításához még nem áll rendelkezésre elegendő adat vagy mert az adatokat nem találják alkalmazhatóknak. Ellentétes eredményű, megalapozott számításokat eddig viszont sehol nem hoztak nyilvánosságra. Hatásos érv az atomenergia védelmezői kezében, hogy az energetikai reaktorok üzemeltetése során eddig még nem fordult elő egyetlen olyan üzemzavar sem, amely valaki halálát vagy egészségének észlelhető károsodását okozta volna. Ez a helyzet az USA- beli harrísburgi atomerőműben két évvel ezelőtt bekövetkezett súlyos üzemzavar után sem változott. A kedvező tapasztalatok ellenére a biztonság további ésszerű javítása napjaink atomenergetikájának egyik legfontosabb feladata. (folytatjuk) KOVÁCS ZOLTÁN villamosmérnök SZÉLSEBES VETÉS Óránként akár 60 ezer magot is elültethet egy új angol találmány. A kézi munkánál 30-szor gyorsabb gép sűrített levegővel működik, zöldség- és virágmagvak ültethetök vele a zellertől a ciklámenig vagy a primuláig. A magvakat a gép tetején elhelyezett rozsdaállá acéltálcába kell szórni. A tálca rezgő mozgása felsorakoztatja a magvakat a lengőrúd szívófejei elé. A szívófejek felszippantják és a hajlékony műanyag csöveken a tálcák mélyedéseibe vagy a tőzeg tápkockák nyílásaiba juttatják a magvakat A lengőrúd önműködően visszatér az acéltálca fölé újabb magadagért,a tápkockasorpedig továbbhalad — az egész folyamat kezdődik elölről. PÁRNÁZOTT BIZTONSÁGI ÖV Megvédi a nyaki főverőeret a közönséges biztonsági övék olykor éles széleitől, és csökkenti az összeütközéskor a kulcscsontra ható nyomást a párnázott nyakrészű biztonsági öv. Egy bochumi diák találta fel: a simuló párnázat poliuretánhabból készül. Rugalmas, nincs szükség ápolására, érzéketlen a hőmérsékletre, és mert elcsúsztatható az övön, bármely testmérethez beállítható. 18
