A nukleáris energiatermelés alapjai
2014/06/24 11:06
1719 megtekintés
A cikk már legalább egy éve nem frissült, az akkor még aktuális információk lehet, hogy mára elavultak.

A Paksi Atomerőmű bővítése kapcsán számtalan hír, cikk jelent már meg. Ezek nagyrészt arról szólnak, szükséges-e ez a beruházás, vagy megoldható más forrásokból is hazánk energiaellátása. Energiára szükség van, és pillanatnyilag úgy tűnik, a nukleáris energia megoldást jelenthet - következő cikkünkben bemutatjuk, hogy mi jelenthet megoldást az atomerőmű helyett.

Léteznek olyan nehéz atommagok, amelyek neutronnal való ütközés során kisebb atommagokra hasadnak. A maghasadás közben energia szabadul fel, amelynek nagy része hőenergiaként hasznosítható. A reaktortérben felszabadult hővel vizet melegítenek, így gőzt állítanak elő. Ez a gőz meghajtja a turbinákat, és ezen keresztül a generátorok villamos energiát állítanak elő.

maghasadas1

A maghasadás

A hasadás során keletkező új részecskéket hasadványnak nevezik. Ezek nem stabilak és tovább bomlanak. A bomlási idő jellemző ezekre a hasadványokra, ennek mérőszáma a felezési idő. A felezési idő azt az időtartamot jelenti, amely alatt az eredeti radioaktív anyag mennyisége a felére csökken. A felezési idő egy adott izotópra mindig azonos, de izotóponként eltérő, széles korlátonként változhat.

A hasadás után a kirepülő töredékek ütköznek a közeli atomokkal, mozgási energiájuk jelentős része hővé alakul, ezt használják fel az elektromos energia termelésére. A hasadás során szabad neutronok is keletkeznek, amelyeket lelassulásuk után a közeli uránatom magok befoghatják. Ez újabb hasadásokat eredményezhet, amelynek során újabb neutronok is keletkeznek. Ha a szabad neutronok száma elegendő, akkor a folyamat önfenntartóvá válik, ezt nevezzük láncreakciónak. Ha az elnyelődő és a hasításra képes neutronok száma közel azonos, akkor a rendszer eléri a kritikus állapotot. Kritikus tömegnek nevezzük a hasadóanyagnak a láncreakció fenntartásához szükséges legkisebb mennyiségét.

Hatékony energiaforrás

A maghasadás hatékony energiaforrás. A reaktorban 1 kg urán hasadásakor annyi energia keletkezik, mint ha 45 000 kg fát, 22 000 kg szenet, 15 000 kg olajat égetnénk el.

Az atomreaktor

Az energia előállítására használt eszköz az atomreaktor. Nagyon sok típusa van, de minden reaktornak vannak közös jellemzői, közös elemei. Minden reaktorban van:

  • hűtőközeg, üzemanyag, szabályozó rudak, moderátor. A hasadásra képes anyagok közül az 235U (az urán 235-ös tömegszámú izotópja) az egyetlen, amely könnyen hasad, ha lassú neutronokkal ütközik. Így kézenfekvő volt, hogy ez lett a legtöbb reaktor üzemanyaga.

maghasadas2

A hasadás során keletkező gyors neutronokat le kell lassítani, ehhez moderátorra van szükség. A moderátor feladata úgy lelassítani a neutronokat, hogy közben ne fogja be őket. A moderátor anyaga kis rendszámú elem, rendszerint vizet használnak, de grafit és nehézvíz is előfordul a reaktorokban.

maghasadas3b

A hűtőközeg vezeti el a maghasadás során keletkező hőt. Ha vizet használunk hűtőközegként, akkor a keletkező gőz akár közvetlenül is a turbinára vezethető, esetleg hőcserélő alkalmazásával nyerhető ki az energia.

A szabályozó rudak olyan anyagból készülnek, amelyek elnyelik a neutronokat. Erre a legalkalmasabb anyag a kadmium és a bór.

A reaktor aktív zónája az üzemanyag és az azt összetartó (általában) fém szerkezet. Az aktív zóna körül egy neutronreflektort is elhelyeznek azért, hogy csökkentsék az aktív zónát elhagyó neutronok számát. Léteznek olyan reaktortípusok, ahol a hűtőközeg vagy a moderátor, esetleg mindkettő alkotja a neutronreflektort.

A reaktort egy többszintű árnyékoló rendszer veszi körül, így akadályozzák meg a radioaktív anyagok és a különböző sugárzások kijutását.

További érdekes oldalak:

Zsigó Zsolt cikke

Csoportot ajánlunk

Kapcsolódó oldalak

Scientix A természettudományos oktatás közössége
All you need is code Minden a kódolás tanulásáról
A National Geographic A National Geographic honlapja.
Interpress Magazin Az IPM honlapja archívummal
Világtudomány.hu A magyar és nemzetközi tudományos élet hírei
Űr világ Asztronautikai hírportál