Új Szó, 2003. február (56. évfolyam, 26-49. szám)
2003-02-03 / 27. szám, hétfő
8 Mindentudás egyeteme ÚJ SZÓ 2003. FEBRUÁR 3. Ha a misztikus félelmet felváltja a racionális mérlegelés, belátjuk, hogy nem az atomenergiától kell tartani, hanem az emberi felelőtlenségtől, képzetlenségtől és ostobaságtól Kell-e félnünk a nukleáris energiától? BENCZE GYULA fizikus 1936. május 2-án született Budapesten. Az ELTE TTK fizikus szakán szerzett oklevelet. 1975-ben lett a fizikai tudomány doktora. Szakterülete a magreakciók elmélete és a sokrészecske szóráselmélet. Új egzakt integrálegyenleteket vezetett le az N-részecske tranzitoperátorokra minimális csatolás mellett (Bencze-egyenletek, 1973), valamint két amerikai munkatársával kidblgozta az azonos részecskék szórásának egzakt algebrai elméletét (1979-1982) mind a stacionárius, mind pedig az időfüggő formalizmus keretében. Számtalan díj, kitüntetés tulajdonosa, neves külföldi egyetemek vendégprofesszora. Bár mindenki hallott már az atomerőművekről, kevesen tudják, mi is a nukleáris energia valójában. Pedig érdemes szert tenni az alapvető ismeretekre, hiszen ezek birtokában mérhetjük fel felhasználásának előnyeit és kockázatát, s tehetjük fel a kérdést, vajon létezhet-e modern társadalom atomenergia nélkül. Ha a misztikus félelmet felváltja a racionális mérlegelés, belátjuk, hogy nem az atomenergiától kell tartani, hanem az emberi felelőtlenségtől, képzetlenségtől és ostobaságtól - fogalmazott határozottan Bencze Gyula, a Mindentudás Egyeteme legutóbbi előadója. BENCZE GYULA ELŐADÁSA Magenergia, reakciók és hasadások szabadítják fel A hétköznapi beszéd gyakran említi az energia szót valamilyen kapcsolatban. A fiatalok energikusak, valaki nagy energiával lát neki a munkának, vagy telve van energiával. Az energiának számos ismert fajtája van: mozgási, helyzeti vagy éppen hőenergia, de közismert a kémiai, az elektromos és mágneses energia, valamint legújabban a nukleáris energia. Ezt atomenergiaként szokás magyarra fordítani, valójában azonban az atom magjában rejlő energiára gondolunk. A természetben jelenlegi ismereteink szerint négy alapvető kölcsönhatás létezik, erősségük sorrendjében a gravitációs kölcsönhatás, az elektromágneses kölcsönhatás, a gyenge kölcsönhatás, valamint az erős - vagy nukleáris - kölcsönhatás. Az atomok és molekulák szerkezetét, amiben a kémiai energia forrása rejlik, alapvetően az elektromágneses kölcsönhatás szabja meg, ennek megnyilvánulásai az emberi testben lezajló biokémiai folyamatok, de a terroristák bombáit működtető folyamatok is. A nukleáris energia felszabadítása minden eddiginél látványosabb és pusztítóbb hatásokat képes elérni. Az atomi és nukleáris kölcsönhatás között 5-6 nagyságrend különbség van. Az atomok mérete átlagosan 8-10 cm, a centiméter százmilliomod része, míg az atommag sugara ennél százezerszer, egymilliószor kisebb. Az atommagfizikában használatos energiaegység az elektronvolt egymilliószorosa (MeV); ez akkora energiának felel meg, amelyet egymillió voltos feszültségkülönbség befutásakor nyer az elektron. Az atomokban a külső elektronok kötési energiája néhány, esetleg 10 elektronvolt (eV), míg az atommagoknál ez az érték millió elektronvoltokban (MeV) mérhető. Ez az 5-6 nagyságrend a hatást tekintve alapos különbséget jelent. Például lkg uránium-235 hasadásakor 18,7 millió kilowattóra energia szabadul fel hő alakjában, ami a hagyományos energiaforrásokhoz képest ijesztően sok. Az atommagok pozitív töltésű protonokból és semleges neutronokból állnak, amelyeket egységesen nukleonoknak nevezünk. A nukleonok között erősen vonzó magerők hatnak - ezek az erős kölcsönhatások. A neutron tömege, így energiája is nagyobb a protonénál. Mivel a fizikai rendszerek mindig a legalacsonyabb energiájú állapot elérésére törekednek, a gyenge kölcsönhatás hatására a szabad neutron elbomlik protonra, elektronra és antineA folyamat tartósságát meghatározza a hasadóanyag mennyisége és geometriai formája. Ha az anyag mennyisége kicsi, a keletkezett neutronok nagy része elvész,‘ és nem indul be a láncreakció. Azt a legkisebb anyag- mennyiséget, amelynél már megvalósul a láncreakció, kritikus tömegnek nevezik. Reaktorfizika: fejlesztések az atomerőmüvek szerkezetében A maghasadás fizikájában drámaian új fejleményre nem számítunk. A reaktorok fizikája és a berendezések konstrukciója terén azonban még nyitottak a lehetőségek. A reaktorfizikának meg kell határoznia a reaktor adott összetétele mellett a rendszerben a neutronok térbeli, időbeli, valamint seanyag tulajdonságaiban, a moderátor anyagban és a hűtés módjában különböznek egymástól. A világon a legelterjedtebb az ún. nyomott vizes reaktor, amelynek moderátora és hűtőközege egyaránt a könnyű víz (H20), amely nagy nyomás alatt még több száz fokon sem forr fel. Ez a legelterjedtebb reaktortípus: a világon jelenleg üzemelő atomreaktorok összteljesítményének mintegy 63,8 %- át adják. Ilyen a Pakson működő reaktor mindegyik blokkja. Az erőművi reaktorok egy része nehézvizet (D20) használ moderátornak és hűtőközegnek egyaránt. A nehézvíz igen drága, de ez a legjobb moderátor anyag, alig nyeli el a neutronokat, s így nem akadályozza a láncreakciót. Ezért itt az üzemanyag csak alig (1-2 %-ra) dúsított, vagy akár természetes urán is lehet. A nehézvizes reaktorok a világ mai atomerőmű-összteljesítményének 5,3 %-át adják, az építés alatt levőknek pedig 13,2 %-át, tehát erősen elterjedőben vannak. Még számos más reaktortípus létezik, egyet azonban feltétlenül meg kell említeni, mert ez okozta a csernobili reaktorbalesetét. Az RBMK egyedi reaktor: moderátora grafit, hűtőközege elgőzölgő nagynyomású könnyűvíz. Az RBMK típus őse a világ legelső erőművi reaktora volt, amelynek első példánya 1954-ben Ob- nyinszkban állt üzembe. Ebből fejlesztették ki az 1986. április 26-án szerencsétlenül járt csernobili blokkot is. RBMK reaktorok ma már csak a volt Szovjetunió néhány utódállamában működnek. A típus részesedése a világ atomerőművi összkapacitásából 4 %. Előnye, hogy nagy teljesítményre képes, a biztonság szempontjából azonban sok kívánnivalót hagy maga után. A biztonsági gátak és az emberi tényező Az atomerőművek biztonságosságára a tervezők nagy figyelmet fordítanak. Egy működő reaktorban az üzemanyag-rudak jelentik a legnagyobb sugárveszélyt. ÉpMINDENTUDÁS EGYETEME pen ezért többszörös védelmi rendszert építenek ki, hogy normális működés közben a radioaktív hasadási termékek ne juthassanak ki a szabad levegőre. A hasadóanyag korróziónak ellenálló csövekben (fűtőelem burkolatban) helyezkedik el. A nyomott vizes reaktoroknál a primer hűtőkört vastag acélfal veszi körül. A hűtővíz maga is elnyeli a biológiailag olyan hatásos radioaktív izotópokat, mint a jód. A harmadik biztonsági gát pedig az acélból és betonból készült épület (containment). A reaktorrendszerek állapotát bonyolult műszerek sokasága figyeli működés közben, készen arra, hogy abnormális körülmények között azonnal leállítsák a reaktort. A reaktormag hűtésének leállása esetén vészhűtő-rendszer lép működésbe, amely automatikusan bekapcsol a primer kör nyomásának csökkenése esetén. Abban az esetben, ha gőz jut a zárt reaktorépületbe, azonnal locsoló-berendezések indulnak be, amelyek hatására a gőz lecsapódik, és csökken a nyomás az épület belsejében. A reaktorokkal kapcsolatban a fő baleseti ok az, hogy a fűtőelem megsérül, vagy a biztonsági berendezések felmondják a szolgálatot, és radioaktív anyag kerül ki a rendszerből. Ha a hűtőrendszer meghibásodik, akkor a reaktor magja be is olvadhat. Ekkor hasadási termékek juthatnak a hűtővízbe, onnan pedig csőtörés esetén a reaktor épületébe. A világon működő több mint 400 atomerőmű között a paksi blokkok az üzembiztonság szempontjából a Nemzetközi Atomenergia Ügynökség illetékes szervétől igen jó bizonyítványt kaptak. Az atomreaktorok közel fél évszázados működése alatt három nagy reaktorbaleset történt. 1957-ben az északnyugat angliai Windscale erőműben, 1979-ben az Egyesült Államokban a Harrisburg melletti Three Mile Island atomerőműnél, valamint 1986- bari Ukrajnában a csernobili erőműnél. Csernobilban egy kísérlet miatt kikapcsolták az automatikus védőrendszer, nem véve tudomást arról, hogy a kezelőszemélyzet instabil működést jelzett a reaktorblokknál. Az első két esetben csak anyagi kár keletkezett, míg 1986-ban súlyos katasztrófa történt, amelyről részletesen beszámolt a média. Mindhárom esetben súlyos emberi mulasztás vagy gondatlanság okozta a balesetet. Magyarországon sem nélkülözhetők az atomerőmüvek Az országok fejlettségének egyik jellemzője a felhasznált energia mennyisége; ha úgy tetszik, ez is a civilizáltság mértéke. Minél fejlettebb egy társadalom, annál energiaigényesebb az ipara, annál több műszaki berendezést használ. Vannak szerencsés országok, amelyekben bőven található fosszilis energiaforrás, vízierő, szélerő vagy geotermikus energiaforrás. A kicsi, természetes energiaforrásokban szegény és főként a gyorsan fejlődő országoknak azonban jelenleg nincs más alternatívájuk, mint a nukleáris energia, annak számos előnyével és hátrányával együtt. Paks négy atomreaktora a magyar villamosenergia-termelés 42 %-át állítja elő, s ez azt mutatja, hogy Magyarország sem nélkülözheti a nukleáris energiát, hacsak nem sikerül azt más, biztonságosabb energiaforrással rövid határidőn belül kiváltani. Hosszabb távon ilyen megoldást jelenthet a deutérium és trícium atommagok egyesítésén alapuló fúziós energiatermelés. Ebben minden radioaktív anyag az erőművön belül marad, és a leállítás után 30-40 évvel a berendezés anyagai újrafelhasználhatóvá válnak. Sajnos a szükséges magas (100 millió fok) hőmérséklet mi-r att a mai kísérletekben még csak a befektetett energiát tudják visszanyerni. Ha a jelenleg előkészítés alatt álló kísérletek sikerre vezetnek, akkor az első áramtermelő fúziós reaktor 2040 körül állhatna üzembe. Készítette az M&H Communications szabad felhasználásra, a szerzői jogok korlátozása nélkül. A maghasadásnál felszabaduló energia megoszlása 235U termikus neutronokkal történő hasadásakor A hasadási termékek kinetikus energiája 168 MeV Hasadási neutronok energiája 5 MeV Prompt gamma-kvantumok energiája 7 MeV Hasadási termékek béta részecskéinek energiája 8 MeV Hasadási termékek gammasugárzásának energiája 7 MeV Hasadási termékek által kibocsátott antineutrínók energiája 10 MeV ÖSSZESEN 205 MeV utrinóra. Ezt a magreakciót nevezzük béta-bomlásnak. E bomlási folyamattal szemben legstabi- labbak a 60 körüli tömegszámú atommagok, például a vas, míg a kötési energia csökken mind az alacsonyabb, mind a magasabb tömegek tartományában. Ebből azonnal kiolvasható, hogy mind a nehéz magok hasadása, mind pedig a könnyű magok fúziója (nukleáris) energiát szabadíthat fel. A magreakciók mesterségesen előidézett atommag átalakulások, amelyek két atommag vagy nukleáris részecske ütközésének során jönnek létre. A maghasadás annyiban speciális, hogy esetében az atommag két nehéz fragmentumra hasad szét, amelyek radioaktívak - ezért tovább bomlanak -, valamint további neutronok is keletkeznek. A folyamat során jelentős energia szabadul fel, közel két nagyságrenddel nagyobb, mint az átlagos magreakciókban. A hasadási termékek aztán bétabomlással további magokká alakulnak, azok esetleg magasan gerjesztett állapotban képződnek, és- egy neutron kibocsátásával szabadulnak meg fölös energiájuktól. bességeloszlását. Nyomon kell követnie a reaktorban lejátszódó magreakciókat, vagyis megadni a reaktor összetételének a változását: a hasadóanyag fogyását, a plutónium és a hasadási termékek felhalmozódását: ellenőriznie kell a reaktor-üzemanyag „kiégését”. Valamint módszereket kell kidolgoznia a reaktor üzemvitele szempontjából fontos mennyiségek mérésére. A szabályozott láncreakció legfontosabb tulajdonsága ugyanis, hogy nem gyorsan megy végbe, hanem az általunk megszabott ütemben és energiatermelési feltételek mellett: A láncreakcióhoz hasadóanyagra van szükség, amely rudak alakjában helyezkedik el a reaktorban. A hasadásnál keletkező neutronok lassítására szolgál a moderátor, az üzemanyagban felszabaduló hőt pedig a hűtőközeggel vezetik el és villamos energiává alakítják. Az atomerőművek tervezésénél fi-. gyelembe kell venni a gazdaságosság, a viszonylag egyszerű konstrukció és a biztonság szempontját. Az egyes típusok így az üzemAdatok a világ nukleárisenergia-termeléséröl ORSZÁG REAKTOROK SZÁAAA ÖSSZKAPACITÁS MEGAWATT RÉSZESEDÉS A VILLAMOS- ENERGIA-TERMELÉSBŐL Franciaország 57 60 313 76,4 % Litvánia 2 2370 73,7 % Belgium 7 5713 56,8 % Szlovákia 6 2488 53,4 % Ukrajna 13 4884 47,3 % Bulgária 6 3538 45,0 % Magyarország 4 1729 42,2 % Dél-Korea 16 12 949 40,7 % Svédország 11 9440 39,0 % Svájc 5 3077 38,2 % Japán 52 43 650 ' 33,8 % Örményország 1 376 33,0 % Németország 19 21 107 30,6 % Finnország 4 2656 32,1 % Spanyolország 9 7289 27,6 % Tajvan 6 4884 23,6 % Egyesült Királyság 33 12 400 21,9% Csehország 4 1680 20,1 % USA 103 10 799 572 19,8 % Reaktorok száma földrészenként FÖLDRÉSZ REAKTOROK SZÁMA Európa 212 Ázsia 94 Észak-Amerika 119 Dél-Amerika 3 Afrika 1 f
