• Nem Talált Eredményt

Ismerkedés az energiával és annak termelésével A

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Ossza meg "Ismerkedés az energiával és annak termelésével A"

Copied!
3
0
0

Teljes szövegt

(1)

Ismerkedés az energiával és annak termelésével

A v i l l a m o s e n e r g i a t e r m e l é s é b e n m é g napjainkban is legjelentősebb s z e r e p e a h ő e r ő m ű v e k n e k van. Ezek működtetésére hőenergiára van szükség. A hőenergiát vagy kémiai a n y a g o k (tüzelő a n y a g o k ) égési reakcióhőjeként, v a g y b i z o n y o s radioaktív e l e m e k a t o m m a g h a s a d á s á t kísérő energiafelszabadulás során nyerik. Az ipari b e r e n d e z é s e k e t aszerint, h o g y milyen ú t o n állítják e l ő a hőt, h ő e r ő m ű v e k n e k illetve a t o m e r ő m ű v e k n e k nevezik.

Hőerőművek:

nagyteljesítményű tüzelőberendezésekkel hőenergiát állítanak elő. A hőenergiát h ő h o r d o z ó k ö z e g n e k ( g ő z , forró víz, stb.) adják át. E z e k hőenergiáját a h ő e r ő g é p e k m o z g á s i energiává alakítják.

A hőenergiát k ü l ö n b ö z ő tüzelőanyagok: ásványi szenek, földgáz, kőolaj elégetése s o r á n nyerik.

A felszabaduló hőenergiával a k e m é n y s é g é t ő l megszabadított vizet (lágy víz) n a g y - n y o m á s ú g ő z z é alakítják, ami meghajtja a gőzturbinákat, e z e k pedig m ű k ö d é s b e h o z z á k a z e l e k t r o m o s generátorokat, amelyek elektromos áramot szolgáltatnak. A t ü z e l ő a n y a g o k e l é g e t é s e a g ő z k a z á n o k h o z tartozó tüzelő b e r e n d e z é s e k b e n történik. Az így k é p z ő d ő forró é g é s i g á z o k v a g y a g ő z k a z á n csövein haladnak át és így alakítják g ő z z é a csöveket e l l e p ő vizet ( l á n g c s ö v e s g ő z k a z á n ) , vagy - s e z az iparban a gyakoribb eset - kívülről fűtik a csöveket, miközben a b e n n ü k levő víz alakul át g ő z z é (vízcsöves g ő z k a z á n ) . Ez utóbbiak n a g y n y o m á s ú vízgőzt fejlesztenek, főleg ezeket használják a nagyteljesítményű h ő e r ő m ű v e k b e n .

A használt tüzelőanyagok energetikai jellemzésére azok égéshőjét, illetve fűtőértékét szokták megadni. A fűtőértéken az egységnyi t ö m e g ű anyag teljes elégetése során felszabaduló hőenergiát értjük kJ/kg, kcal/kg-ban adják meg értékét a technikai táblázatok.

A gyakorlatban a technikai-gazdasági számításoknál gyakran használják a k o n v e n - cionális tüzelőanyag fogalmát. Ezalatt e g y olyan szilárd vagy cseppfolyós tüzelőanyagot értenek, a m e l y n e k a fűtőértéke 7 0 0 0 kcal/kg.

A g á z n e m ű t ü z e l ő a n y a g o k fűtőértékét k [ / m3, v a g y k c a l / m3- b e n fejezik ki.

A g ő z k a z á n o k tűzterében elégetett tüzelőanyag égéshőjének a hatására, a g ő z k a z á n b a bevezetett víz e g y része fokozatosan g ő z z é alakul, aminek a n y o m á s a több tíz atmoszféra is lehet. Ezzel a gőzzel üzemeltetik (elvileg a vízturbinákhoz hasonlóak), a m e l y e k a m a g u k s o r á n a villamos generátorokat működtetik, ezek pedig villamos áramot szolgáltatnak.

Atomerőművek;

A m ű k ö d é s ü k h ö z szükséges energiát a radioaktív e l e m e k szolgál- tatják. Ilyen célra főleg a 2 3 3 - a s és 2 3 5 - ö s t ö m e g s z á m ú uránt, valamint a 2 3 9 - e s t ö m e g s z á m ú plutóniumot használják. Ezek a rádioaktív kémiai e l e m e k azzal a tulajdon- s á g g a l r e n d e l k e z n e k , h o g y atomjaik n e m állandók, a t o m m a g h a s a d á s t szenvednek, m i k ö z b e n nagy m e n n y i s é g ű hőenergia szabadul fel. Ez a z energia villamos energia t e r m e l é s r e használható. Az említett radioaktív elemek közül csak a 2 3 5 - ö s urán fordul e l ő a t e r m é s z e t b e n . A természetes urán c s u p á n 0,7 %-nyi m e n n y i s é g b e n tartalmazza. Ezért dúsítani kell a z urán-ércet a 2 3 5 - ö s izotópban kb. 3 - 3 , 5 %-ig. Ezt kémiai m ó d s z e r e k k e l valósítják meg. Az u r á n rádioaktív hasadása k ö z b e n átlagosan 2,5 gyors n e u t r o n képződik, a m e l y e k s e b e s s é g c s ö k k e n t ő a n y a g o k hatására lelassulnak és újabb m a g h a s a d á s t indíthat­

n a k el. Ilyen ú t o n a k é p z ő d ő neutronok száma fokozatosan növekszik, a m i végül e n n e k a l á n c r e a k c i ó n a k a mértékét annyira felfokozza, h o g y bekövetkezhet a z a t o m r o b b a n á s ( e g y ilyen folyamat játszódik le az a t o m b o m b á b a n ) . Az a t o m r e a k t o r csak a k k o r m ű k ö d h e t folyamatosan (biztonságban), ha a maghasadási láncreakció sokszorozási tényezője e g y e n l ő 1-el. Ez más szóval azt jelenti,hogy a maghasadási r e a k c i ó b a n felszabaduló átlagosan 2,5 neutronból csak e g y n e k szabad maghasadást okoznia. E célból a felesleges- nek számító neutronokat az ú.n. neutronbefogó elemekkel megkötik. Ilyenek a kadmium,

Firka 1 9 9 7 - 9 8 / 4 151

(2)

bór, háfnium, tantál stb. A maghasadást kiváltó neutronokat normálsebességű, v a g y t e r m i k u s n e u t r o n o k n a k n e v e z i k . A z említett n e u t r o n b e f o g ó e l e m e k b ő l r u d a k a t készítenek, amelyeket a z a t o m r e a k t o r megfelelő járataiba süllyesztik v a g y emelik ( a z uránrudak k ö z é ) , s így biztosítják a z a t o m r e a k t o r egyenletes működését. A gyorsneut- r o n o k s e b e s s é g é t a z aktív m a g r e a k c i ó céljából c s ö k k e n t e n i kell ( k ü l ö n b e n e z e k m a g h a s a d á s nélkül b e é p ü l n e k a 2 3 8 - a s urán atommagjába, v a g y esetleg kijutnak a z a t o m r e a k t o r b ó l ) , amit a m o d e r á t o r o k n a k nevezett anyagokkal lehet elérni. Ilyenek l e h e t n e k a n e h é z v í z ( D2O ) , grafit, berillium sőt n é h a a k ö z ö n s é g e s víz. Ha a gyorsneut- r o n o k e z e k n e k a z a n y a g o k n a k a molekuláival ütköznek, a k k o r a z ú.n. rugalmas ü t k ö z é s valósul m e g , a m i n e k folytán a z említett n e u t r o n o k s e b e s s é g e l e c s ö k k e n a m a g h a s a d á s t kiváltó termikus s e b e s s é g e k értékére (azért termikus sebesség, mert e z a hőenergiát felszabadító m a g h a s a d á s s a l jár együtt).

Az e l s ő kísérleti atomreaktort 1 9 4 2 - b e n építették Chicagoban, a z olasz Enrico Fermi v e z e t é s é v e l é s a m a g y a r származású Szilárd L e o é s W i g n e r J e n ő k ö z r e m ű k ö d é s é v e l , míg a z e l s ő ipari ( á r a m t e r m e l ő ) atomreaktort 1 9 5 4 - b e n helyezték ü z e m b e O r o s z o r s z á g b a n . Azóta a világ minden r é s z é b e n épültek a t o m e r ő m ű v e k . Ezek s z á m a m á r meghaladja a z 500-at. Jóllehet a z e r ő m ű v e k építésénél a maximális biztonsági szempontokat tartják s z e m előtt, mégis a z idők folyamán m á r t ö b b üzemi ( m ű k ö d é s b e l i ) baleset történt. 1 9 5 7 - b e n a z angliai C u m b e r l a n d Windscale központjában e g y plutóniumot előállító ú.n. szaporító reaktor ( b r e e d e r ) túlmelegedett, kigyulladt é s e g y n a p o n keresztül égett. T ö b b s z á z n é g y z e t m é t e r felületű területet 1 3 1 - e s jódizotóppal szennyezett be. 1 9 7 9 - b e n a z Amerikai Egyesült Államokban, Pennsylvania állam Harrisburg nevű v á r o s a mellett a Three Mile Island a t o m e r ő m ű v é n é l , hanyagságból kifolyólag eltörött e g y szelep a hűtővizet szállító szivattyúnál. Emiatt a reaktor felmelegedett és az urántöltet 2 0 % - a megolvadt. A k ö r n y e z e t b e n m e g n ö v e k e d e t t a rádioaktivitás (értéke elérte a 8 - 1 0 millirem értéket, a m i kb. két r o e n t g e n vizsgálat sugáradagjával egyenlő). 1 9 8 1 - b e n J a p á n Curuga n e v ű v á r o s a melletti a t o m e r ő m ű körül a z U r a z o k o beltengerben a rádioaktivitás a 1 0 - s z e r e s é r e növekedett, mivel a m u n k á s o k elfelejtették elzárni az egyik tartalék tartály csapját, s így 3 ó r á n keresztül kb. 4 0 t rádioaktív víz folyt ki. 1 9 8 6 - b a n az angliai Cumberland-ben 4 0 0 kg urántartalmú hulladék került az ír tengerbe. Ugyancsak 1 9 8 6 - b a n a Kiev melletti Csernobil a t o m e r ő m ű v é b e n meghibásodott a hűtőrendszer, ezért a reaktor é s végül a z e g é s z r e n d s z e r túlmelegedett, t ö r é s e k - r e p e d é s e k keletkeztek é s e g y hatalmas rádioaktív felhő keletkezett, a m e l y e r ő s e n szennyezte a környezetet Lengyelország, Ausztria, N é m e t o r s z á g , Magyarország, Svájc, Svédország, Dánia, Románia, Bulgária stb. területén.

A katasztrófának s z á m o s halálos áldozata volt é s többtízezer embert kellett elköltöztetni a környékről. Utólagos értékelések szerint hat rendbeli mulasztást követtek el a z e r ő m ű a l k a l m a z o t t a i . E z v o l t a z e d d i g i l e g s ú l y o s a b b b a l e s e t a m i a v i l á g v i l l a m o s a t o m e r ő m ű v e i b e n lejátszódott.

Az e m b e r i s é g viszont annyira rá van szorulva a z atomenergiára, h o g y inkább h a t v á n y o - zottan hangsúlyozza, h o g y „rend a lelke mindennek", d e az a t o m e r ő m ű v e k használatát é s építését t o v á b b folytatják, hiszen ugyanolyan m e n n y i s é g ű 2 3 5 - ö s u r á n b ó l például h á r o m milliószor t ö b b energiát lehet nyerni, mint a jó m i n ő s é g ű kőszénből ( 1 kg 2 3 5 - ö s u r á n b ó l kb. 2 3 millió k W h energiát lehet nyerni, míg 1 kg kőszénből c s u p á n 8,1 kWh-t).

A dúsított uránt v a g y e n n e k oxidját használják fel az a t o m r e a k t o r b a való fűtőelemek gyártására, amelyeket a r á n y o s a n helyeznek el a z atomreaktorban, a m i n e k egyik lehet- s é g e s változatát szemlélteti az 1. ábra. Itt látható, h o g y a z a t o m r e a k t o r e g y masszív betonfal, a z ú.n. biológiai védőfal veszi körül é s ami megakadályozza a rádioaktív s u g a r a k n a k a k ö r n y e z e t b e jutását, mivel ez károsan hat a z e g é s z élővilágra. E z e n belül található a két acélból készült nyomásálló burok, ami a megnövekedett n y o m á s e s e t é n nyújt védelmet. Még beljebb található a 3-as grafitból készült burok, ami a távozni p r ó b á l ó gyorsneutronokat visszairányítja a reaktor belsejébe. A reaktor belsejében a 4-el jelzett grafittömbök a g y o r s n e u t r o n o k s e b e s s é g é n e k a csökkentésére ( m o d e r á t o r ) szolgálnak. A hőenergiát a z uránnal v a g y urán-dioxiddal töltött fűtőelemek szolgáltatják ( 5 ) . Az a t o m r e a k t o r m ű k ö d é s é n e k szintentartására szolgálnak a kádmiumrudak ( 6 ) , a m e l y e k neutronokat k é p e s e k megkötni. A reaktor m ű k ö d é s é n e k n ö v e k v ő intenzitása e s e t é n ezeket a rudakat fokozatosan beljebb tolja e g y ö n m ű k ö d ő szerkezet. E z e k mellett

152 Firka 1 9 9 7 - 9 8 / 4

(3)

megjelennek m é g a bizton- sági k á d m i u m r u d a k ( 7 ) , a m e - lyeket kritikus helyzetekben s z o k t a k i g é n y b e v e n n i . M a n a p s á g a grafitot, mint m o d e r á t o r t főleg nehézvíz- zel, b e r i l l i u m m a l stb., he- lyettesítik.

A r é g e b b i t í p u s ú a t o m e r ő m ű v e k b e n a z a t o m - r e a k t o r é s a g ő z t u r b i n á k e g y a z o n t e c h n o l ó g i a i ( s z e r k e z e t i ) k ö r b e n voltak, ezért itt a rádioaktív szeny- n y e z é s l e h e t ő s é g e aránylag n a g y volt. Ezeket forralóvizes r e a k t o r o k n a k v a g y e g y h ű t ő k ö z e g e s r e a k t o r o k n a k , i l l e t v e a t o m e r ő m ű v e k n e k n e v e z i k . A z e m l í t e t t h á t r á n y u k m i a t t , a z ilyen a t o m r e a k t o r o k a t i l l e t v e a t o m e r ő m ű v e k e t m á r n e m

szokták használni. Helyettük a sokkal kisebb m é r t é k b e n s z e n n y e z ő ú.n. n y o - m o t t v i z e s a t o m e r ő m ű v e k e t építik é s üzemeltetik, m é g két h ű t ő k ö z e g e s il- letve h ű t ő k ö r ö s a t o m e r ő m ű v e k n e k is n e v e z i k . E g y ilyen a t o m e r ő m ű elvi, szerkezeti metszetét mutatja b e a 2. ábra.

Látható, h o g y a z e r ő m ű e l s ő szerkezeti k ö r é b e n k e r i n g ő h ű t ő f o l y a d é k ( a m i l é n y e g é b e n h ő h o r d o z ó v á válik) átveszi a z a t o m r e a k t o r által termelt hőenergiát, majd átadja ezt a második hűtőkörben k e r i n g ő k ö z ö n s é g e s víznek, a m i ezáltal a m e g f e l e l ő n y o m á s ú v í z g ő z z é alakul s a gőzturbinákat tartja m ű k ö d é s b e n , e z e k pedig a z áramfejlesztő gépeket ( g e n - e r á t o r o k a t ) működtetik. A két hűtőkör közötti h ő c s e r e e g y erre a célra szánt h ő c s e r é l ő b e n valósul meg.

A nyomottvizes r e a k t o r o k h o z h a s o n - l ó a k a z ú . n . s z a p o r í t ó r e a k t o r o k

( b r e e d e r - e k ) , a m e l y e k b e n a 2 3 8 - a s uránizotópot alakítják át 2 3 9 - e s p l u t ó n i u m m á , a g y o r s n e u t r o n o k hatására. Ez a plutónium ugyanolyan jó e r e d m é n n y e l használható, mint a 2 3 5 - ö s uránizotóp. Ahhoz, h o g y e z e k a szaporító a t o m r e a k t o r o k minél jobb h a t é - k o n y s á g ú a k legyenek, m e g kellett oldani azt, h o g y m a g a s a b b h ő m é r s é k l e t e n m ű k ö d h e s ­ senek, anélkül, h o g y a reaktort is m a g á b a foglaló hűtőkörön belül a n y o m á s túl m a g a s értéket é r n e el. Ezt ú g y valósították meg, h o g y a hűtőkörben fémnátriumot h a s z n á l n a k hűtőközegként. Sok o l y a n a t o m e r ő m ű is működik, ahol e g y i d ő b e n játszódik le a villamos energia t e r m e l é s e é s a szaporítás ( a plutónium előállítása).

Dr. Vodnár J á n o s Kolozsvár 1. ábra. Az atomreaktor

1-biológiai védőfal; 2-nyomásálló burok; 3-grafit reaktor;

4-grafit moderátor; 5-U vagy UO

2

töltet; 6-Cd szabályozó; 7-Cd biztonsági szabályozó

2. ábra. Nyomottvizes atomerőmű 1 -reaktor; 2-hőcserélő; 3-gőzturbina; 4-áram-

fejlesztő; 5-gőzkondenzátor; 6,7-szivattyúk

Firka 1 9 9 7 - 9 8 / 4 153

Ábra

2. ábra. Nyomottvizes atomerőmű  1 -reaktor; 2-hőcserélő; 3-gőzturbina;

Hivatkozások

KAPCSOLÓDÓ DOKUMENTUMOK

A vállalatok jellemzésére használt objektív, mérhető jellemzők (a vállalatok mérete, a meghatározó tulajdonosi kör típusa, a vállalatok tevékenységi köre,

Gilboa ¶es Schmeidler megkÄozel¶³t¶ese szerint a pontatlan val¶osz¶³n} us¶eg, amint a magyar elnevez¶es mutatja is, tulajdonk¶eppen azt jelenti, hogy a dÄont¶eshoz¶o nem

A felismerés mint alkotó folyamat értelmezéséhez eredményesen lehet használni a megvilágosodás kife- jezést is. Ez a szó jól tükrözi azt az állapotot, amikor az

Ily vívási modorral szemben csak hasonló tulajdonságokkal fogunk czélt érni, mely vívási modor alkalmazása esetén a párbajban a mellett, hogy legnemesebb és

Az akciókutatás korai időszakában megindult társadalmi tanuláshoz képest a szervezeti tanulás lényege, hogy a szervezet tagjainak olyan társas tanulása zajlik, ami nem

Nagy József, Józsa Krisztián, Vidákovich Tibor és Fazekasné Fenyvesi Margit (2004): Az elemi alapkész- ségek fejlődése 4–8 éves életkorban. Mozaik

A kötet második egysége, Virtuális oktatás címmel a VE környezetek oktatási felhasználhatóságával kapcso- latos lehetőségeket és problémákat boncolgatja, azon belül is a

Az egyik halmaz minden egyes eleméhez a másik halmaz pontosan egy elemét rendeltük hozzá (és fordítva: a másik halmaz minden egyes eleméhez az első halmaz