Új Szó - Vasárnapi kiadás, 1983. január-június (16. évfolyam, 1-25. szám)
1983-06-17 / 24. szám
TUDOMÁNY TECHNIKA DPZ-i típusú detektor, 2-S/02 szigetelő, 3-kollektor, 4-fémburkolat, 5-kompenzátó vezeték, 6-emitter-vezeték, 7-MgO-szigetelő N apjainkban sokan tisztában vannak az ampérmérő, a voltmérő, a transzformátor, az elektromotor működésével, azonban kevésbé ismerik az ionizációs kamrákat, a detektorokat, a gázkisülésű számlálócsöveket, a radioaktivitás szó pedig egyenesen ijesztően hat. A nukleáris technikáról alkotott fogalmak főleg az atom- és hidrogénbombára és részben az atomreaktorok működési elvére terjednek ki. Pedig századunkat nem véletlenül nevezik atomkorszaknak, az atomerőmüvekben hasznosított atomenergia pótolhatatlan segítőtársunk immár. Éppen ezért állandóan gyarapítanunk kell az atomerőművekkel kapcsolatos ismereteinket. A következőkben az atomeró- müvi reaktorok mérőműszereinek ismertetését tűztük ki célul. írásunkban a nyomottvizes atomreaktorok mérőműszereivel, a velük szemben támasztott követelményekkel és az alkalmazott mérési eljárásokkal foglalkozunk. a nagyfokú megbízhatóság és nagytávolságú jelátviteli képesség stb. A megbízhatóság növelése céljából gyakran egy-egy fontosabb jellemző mérésére több mérőműszert is beépítenek. A nagy- távolságú jelátvitelre a sugárveszély és a nagyszámú mért érték vezérlötermi feldolgozása miatt van szükség. A felsorolt követelmények sok esetben csak kompromisszumok útján elégíthetők ki. Tudnunk kell azonban, hogy a mérómúszerek10~10-szerese van jelen. Ezt egyetlen mérőműszerrel áthidalni nem lehet. Ezért a méréseket ún. mérési tartományokban végzik el. Forrás-, periódus- és üzemi tartományt különböztetnek meg. Az egyes mérési tartományokban különböző típusú mérőműszereket alkalmaznak. A ma működő teljesítményreaktorok nagy részénél a nukleáris mérőműszerek a reaktortartályon kívül vannak elhelyezve. A reaktor jobb kihasználása, egységteljesítkult izotópok egyensúlyi helyzetének és az új izotópok megjelenésének figyelemmel kísérését jelenti. Ugyanis a fűtőelemek gyártása, ellenőrzése és beszerelése közben előírt gondos kezelés ellenére is számolni kell az üzemköz- beni burkolat-meghibásodásokkal. Ilyenkor a láncreakció hasadási termékei bejuthatnak a reaktor hűtővizébe, s jelentősen megnövelhetik annak aktivitását. Egy bizonyos aktivitás-szint elérésekor a reaktort le kell állítani. Nem nukleáris jellemzők mérése A reaktor berendezéseiben lejátszódó folyamatok ellenőrzése a nukleáris jellemzőkön túlmenően nagyszámú nem nukleáris jellemző mérése alapján valósul meg. Ide tartozik a nyomás, a közegáramlás, a hőmérséklet, a különböző vízkémiai és technológiai jellemzők mérése. Ezekre néhány tipikus példát említünk meg. A reaktor hűtőkörében áramló hűtőközeg nyomásviszonyainak ismerete rendkívül fontos az üzemvitel optimalizálása szempontjából. A hűtőközeg nyomásér- zékelőinek a korszerű nyomottvizes reaktoroknál névleges teljesítményen - 120-170 kp/cm2 nyoMérőműszerek és a velük szemben támasztott követelmények Az energetikai célokat szolgáló atomreaktorok mérőműszereinek feladata a reaktor üzemállapotára jellemző paraméterek folyamatos és időszakos mérése. A mérési információk megfelelő feldolgozása után a reaktor irányító- és védelmi rendszerébe, számítógépes adatfeldolgozás esetén a számítógépbe, valamint az operátorhoz kerülnek. A mért jellemzők egy bizonyos értékeinél tehát a reaktor leállítására, teljesítménye növelésére vagy csökkentésére kerülhet sor. Ezért a mérési információk pontossága és megbízhatósága a reaktor biztonságának és gazdaságos üzemvitelének fontos feltétele. A reaktor üzemviteléhez egész sor nukleáris, technológiai, termő- hidraulikai és vízkémiai jellemző mérése szükséges. Ehhez olyan mérőműszereket használnak, melyek mérési módszerei a legtöbb esetben a villamosság elvén alapszanak. A mérőműszer egyik legfontosabb része a méröérzékeló, amely az érzékelt jellemző értékének megfelelő villamos jelet alakít ki. Ehhez kapcsolódik a távadó, amely ezeket a jeleket felerősíti és rendeltetési helyére továbbítja. Az atomerőművekkel szemben megkövetelt nagyfokú biztonság és üzemkészség biztosítása miatt a mérőműszerekkel szemben támasztott követelmények jóval magasabbak, mint egyéb technológiák esetében. Technológiai folyamatok műszerezésénél eddig a szokatlan, új szempontok is előtérbe kerülnek. Rendkívül fontos követelmény például a sugárállóság, üzemképesség nagy nyomás - (120-170 kp/cm2) és magas hőmérsékleti (250-350 °C) viszonyok között. Követelmény továbbá ATOMREAKTOROK MÉRŐMŰSZEREI nek nem az atomerőmű egész élettartama alatt kell hibátlanul működniük, hanem csak a két üzemanyagátrakás közötti időben (kb. 8000 üzemóra alatt). Üzemanyagátrakáskor ugyanis a reaktort leállítják, műszereit ellenőrzik, esetleg kicserélik. A legtöbb műszer ellenőrzésére azonban üzemeltetés közben is lehetőség van. A reaktor üzemének és ellenőrzésének céljára mért jellemzők fizikai jellegük szerint nukleáris és nem nukleáris jellemzőkre oszthatók. Az első csoportba tartozik a neutronfluxus mérése a reaktor teljesítményének és periódusának meghatározása céljából. Az utóbbi a teljesítményváltoztatás mértékét, gyorsaságát jellezmi. A második csoportba a technológiai, ter- mohidraulikai és vízkémiai jellemzők mérése sorolható. A továbbiakban az alkalmazott mérőműszereket a felsorolt csoportok szerint ismertetjük. Nukleáris jellemzők mérése A reaktor üzemének szempontjából legfontosabb a neutronfluxus mérése a reaktor teljesítményének és periódusának értékelésére. Energetikai reaktorok esetében a mérések során felmerül az a probléma, hogy a műszerektől gyakran tíz nagyságrend átfedését követelik meg. Ez például a teljesítmény esetében annyit jelent, hogy a reaktor indításakor csupán a névleges teljesítménynek megfelelő neutronfluxus ményük növelése azonban szükségszerűen magával hozta a reaktortartályon belüli mérések elterjedését is. Ezekre a célokra szintén a már fentebb leírt műszereket alkalmazzák, csak más. az aktív zóna belső feltételeihez alkalmas kivitelben. Az utóbbi időben aktív zónán belüli mérésekre gyakran használnak olyan nukleáris mérőműszereket is, melyeknél külső segédenergiára nincs szükség. Ilyenek a DPZ-1 típusú szovjet detektorok, melyek a neutronfluxus integrálóüzemű mérésére szolgálnak üzemi- és peródustartományban. A több rétegű koaxiális kábelnek tekinthető műszerben neutronsugárzás hatására a belső (emitter) és külső (kollektor) vezető között mérhető elektronáram észlelhető, amely az érzékelők anyagában lejátszódó eltérő típusú magreakciók közvetett eredménye. Az érzékelők anyaga leggyakrabban Platina vagy kobalt. Mivel a detektorhoz csatlakozó kábelekben végbemenő reakciók által gerjesztett áram a mérési eredményeket meghamisíthatja, különös figyelmet szentelnek a jelátvitelnek (pl. különleges szigeteléseket alkalmaznak). Ezek a detektorok egyre növekvő felhasználásukat egyszerűségüknek, megbízhatóságuknak, tápfeszültség iránti igénytelenségüknek és szám ítógépes kompatibilitásuknak köszönhetik. A neutronfluxus mérésén kívül a reaktorban aktivitásméréseket is folytatnak. Ez a hűtővízben kialaKNK típusú ionizációs kamra más és 300—400 °C hőmérséklet mellett - is megbízhatóan kell üzemelniük. A megbízhatóság növelése szempontjából egyrészt a hűtőkör több pontjában helyeznek el érzékelőket, másrészt egy adott helyen több egymástól független érzékelőt építenek be. Atomerőművekben nyomásmérésre leggyakrabban sík- és csőmembrános érzékelőket használnak, melyek nyomásváltozás-el- mozdulás elvén jelátalakítást végeznek. Az érzékelőkkel egybeépített távadók az érzékelők elmozdulás-jelét villamos jellé, egyenárammá alakítják. A nyomásmérők a reaktor biztonságvédelmi berendezéseinek egyik legfontosabb részét képezik. A reaktor teljesítményének meghatározása szempontjából a hűtőközeg áramlását is mérik. Ez szintén myomásmérésen alapszik. A nyomásmérők a primérköri csővezetékek különböző helyein létrejövő nyomáskülönbséget érzékelik, melynek négyzetgyöke egyenlő a közegárammal. A hőmérséklet mérése atomreaktorok esetében széles mérési tartományban történik (0-350 °C). Legnagyobb értékek az aktív zónán belül a fűtőelemburkolaton és a hűtőközegben adódnak. Érzékelőként szinte kizárólag hőelemeket és ellenálláshómérőket használnak. Az első a hóelektromos jelenség elvén működik, mely szerint különböző fémekből alkotott zárt áramkörben hőmérséklet hatására a fémek összetételén feszültség, ún. höelektromos feszültség jön létre. Az ellenálláshómérők a fémek ellenállásának hőmérséklettől való függőségén alapszanak. A reaktor hűtőközegének vízkémiai jellemzői közül a legfontosabb a vezetőképesség és a bórsavkoncentráció, amelyek mérése a hűtővízből megfelelő helyen vett mintán történik. A vezetőképesség mérése a szennyeződések koncentrációjának meghatározása végett történik. Érzékelőként ún. vezetöképesség-méró cellák használatosak. Ezek kimenetén a cellákban lévő egymástól elszigetelt elektródákra kapcsolt feszültség hatására a vízben lévő töltéshordozók (szennyezőanyagok) mennyiségével arányosan áramerősség mérhető. Nyomottvizes atomreaktorok hűtővizében oldott bórsav ma már mindenütt a reaktorszabályozó rendszer szerves részét képezi. Ennek oka az említett anyag rendkívül jó neutronabszorbáló képessége. Emiatt az atomerőmű üzemeltetése közben nagy szerephez jut a bórsav koncentrációjának folyamatos mérése. A leggyakrabban alkalmazott módszernél ismert erősségű neutronsugárzást bocsátanak át a primérkörből vett mintán, amely a neutronokat a bórsavtartalmától függően nyeli el. A mérhető intenzitáscsökkenés arányos a bórsav koncentrációjával. A reaktor hűtőkörében uralkodó hőmérsékleti és nyomásviszonyok az egyes berendezéseknél az üzemvitel szempontjából nem elhanyagolható méret- és helyzetváltozásokat, valamint rezgéseket okozhatnak. A legnagyobb méret- változások a szivattyúk tengelyeinél észlelhetők. Ezek jelzését induktivitásmérésre vezetik vissza. A helyzetmérés szempontjából a leglényegesebb a szabályzó rudak mindenkori helyzetének mérése és jelzése. Legelterjedtebb az ellenállásváltozáson alapuló módszer. A rezgések mérése piezoelektromos rezgésméröket alkalmaznak Cikkünkben a nyomottvizes atomreaktoroknál szóba jöhető mérőműszerek és mérési eljárások ismertetésével foglalkoztunk. Az ismertetést a mért fizikai jellemzők jellege szerinti csoportosításban a reaktorra és a hozzátartozó hűtőkörre végeztük el. A sze- kundérköri mérőműszerek ismertetésére nem tértünk ki, mert ezek nem mutatnak nagyobb eltérést a hagyományos hőerőművek azonos rendeltetésű egységeihez ké- pest KOVÁCS ZOLTÁN * ÍJ SZÚ )83. VI. 17. Érdekességek, újdonságok Beragasztott csösérülés A gázvezetékek sérülésének behegesztéséig olykor több millió köbméter gáz vész el. Az effajta sérülések gyors kijavítására, és ezzel a nagy veszteség csökkentésére dolgoztak ki új módszert az Ukrán Tudományos Akadémia petrolkémiai laboratóriumában. Először is kiegyengetik a csőtörés éleit - erre a műveletre lehűtött széndioxid-védöatmoszférá- ban kerül sor a szikraképződés elkerülésére. Ezután a további gázkiömlés megakadályozására műgyanta alapú különleges ragasztóval tömítik a sérülést, vagy mindössze 120-150 fokos olvadáspontú forrasszal forrasztják be a csövet. A ragasztó kötését forró levegővel gyorsítják, a forraszanyagot pedig indukciós úton vagy ugyancsak forró levegővel hevítik fel. Sarki fény az Uránuszon John T. Clarke, a kaliforniai Berkeley egyetemének kutatója sarki fényt figyelt meg az Uránusz bolygón. Ez a megfigyelés először bizonyítja, hogy a távoli Uránusznak is erős mágneses tere van a Földhöz, a Jupiterhez és a Szaturnuszhoz hasonlóan. Sarki fény akkor keletkezik, amikor a villamos töltésű részecskéket, például a napszél elektronjait, befogja és felgyorsítja a mágneses tér, és ezek a felgyorsított részecskék azután összeütköznek az atmoszféra atomjaival és molekuláival. Ezek az atomok és molekulák fényt bocsátanak ki — a fény színe attól függ, hogy milyen atomokkal ütköztek össze a mágneses térben felgyorsított villamos töltésű részecskék. A földi sarki fény jobbára zöldes színű a légkörünkben levő oxigén következtében. A hidrogénben dús Uránusz-iégkörben vörös a sarki fény. Clarke a különleges mesterséges hold ibolyántúli spektrométerével fedezte fei az Uránusz sarki fényét. Mágnes leplezi le a maláriát Angliában új módszert dolgoztak ki a malária gyors megállapítására. Az eljárás arra a tényre épül, hogy a megfertőzött és az egészséges sejteknek eltérőek a mágneses tulajdonságaik, mert a vörös- vérsejtekben szaporodó kórokozók elbontják a vastartalmú hemoglobint. Az erős mágneses pólusai közé helyezett acélrostszűrőben 15 perc alatt az eredeti érték 45-szörösére lehet koncentrálni a kórokozó sporozoita formáit. A gyors betegségfelismerés javítja a gyógyító beavatkozás eredményességének esélyeit, és elősegíti a hatásos oltóanyag ki- fejlesztésére irányuló kutatómunkát is. Gázból születik a gyémánt Új módszert dolgoztak ki a mesterséges gyémánt előállítására a Szovjet Tudományos Akadémia fizikai kémiai intézetében. Eddig grafit és fém keverékéből állították elő a szintetikus gyémántot, drága és bonyolult berendezésben, roppant nagy nyomáson. Az új módszer furcsa módon gázból hozza tétre a legkeményebb anyagot. Az elméleti számítások alapján két módszert próbáltak ki. Az egyik: villamos kisüléssel létrehozott plazmát vezettek át széntartalmú folyadékon, így állítottak elő szintetikus gyémántot. A másik eljárásban lézersugárnyalábba juttatott szénhidrátok bomlás- termékeként hoztak létre mesterséges gyémántot. Négyzetcentiméterenként 500-3000 watt teljesítményű lézersugarat irányítottak a széntartalmú folyadék aláhulló cseppjére. A nagy lézerteljesítmény elgö- zölgette a folyadékot, amelyből gyémántporszemcsék keletkeztek. A gyémántszemcsék nagyon gyorsan lehűlnek, ami növeli a termék stabilitását. (d) 4
