A nukleáris erőművek hűtőrendszerei és a tengeri vízkibocsátás kihívásai

Az atommagban tárolt energia hasznosításának lehetősége a XX. század legjelentősebb tudományos felfedezései közé tartozik. A maghasadást 1939-ben figyelte meg Hahn, Strassman és Meitner, akik azt találták, hogy neutronnal való ütközés hatására az uránatom magja két közepes méretű magra esik szét. Elméletileg minden atommag elhasadhat, de a gyakorlatban csak néhány urán- és plutóniumizotóp esetében jön létre könnyen a hasadás neutronok segítségével. Az atomerőművek olyan hőerőművek, amelyek a hőenergiát nem bizonyos energiahordozó elégetésével nyerik, hanem annak reaktorában történő nukleáris láncreakcióval, atomok hasításával. Az atomerőművekben az atommag hasadása során létrejött nukleáris energia először hővé, majd villamosenergiává alakul.

A láncreakció során felszabaduló energia legnagyobb részét az úgynevezett hasadványmagok viszik el mozgási energia formájában. Ezek az üzemanyag többi atomjával ütközve elveszítik energiájukat, ami hő formájában jelentkezik, és a hűtőközeg segítségével vezetjük el a reaktorból. Az atomreaktorban lejátszódó láncreakció során felszabaduló hőenergiát az aktív zónán átáramló hűtővíz veszi át. A hőenergia először felmelegíti a hűtőközeget, ami gőzt termel. A turbina által elhasznált gőzt kondenzátorban hűtik vissza cseppfolyóssá, így újrafelhasználható.

Atomerőművek felépítése és hűtőrendszereik

A világon sokféle atomerőmű-típust alkalmaznak az energiatermelésben. A nukleáris láncreakció a reaktor belsejében lévő urán-dioxid fűtőanyagban folyik. A keletkező hőmennyiséget zárt rendszerben keringő nagynyomású, magas hőmérsékletű víz szállítja el a gőzfejlesztőkbe. Az atomerőművekben használt hűtőrendszerek biztosítják a folyamatos és biztonságos működést.

Nyomottvizes reaktorok (PWR/VVER)

A nyomottvizes reaktor (angolul Pressurized Water Reactor, PWR, oroszul вода-водяной энергетический реактор, ВВЭР, VVER) a nukleáris reaktorok egyik típusa, melyben a fűtőelemeket nagynyomású víz veszi körül. Ilyen típusú reaktorok találhatók Magyarországon a Paksi Atomerőműben is. A Paksi Atomerőműben négy nyomott vizes reaktorblokk működik, ezek két zárt vízkörből, a primer és a szekunder körből állnak. A primer kör az atomreaktort, a keringtetőhurkokat és a szivattyúkat, a gőzfejlesztők hőátadó csöveit és a térfogatkompenzátort magába foglaló rendszercsoport.

A víznek kettős szerepe van: egyrészt ez szolgál moderátorként, amely a nyomottvizes reaktor esetében közönséges víz, másrészt a nagynyomású vizet hőcserélőbe vezetik, ahol a termelt hőt átadja a kisnyomású rendszernek. A primerkörbe belépő víz hőmérséklete mintegy 267 C°, melyet a nukleáris reakció körülbelül 297C°-ra melegít fel. Atmoszferikus nyomáson a víz ilyen hőmérsékleten gőz fázisban lenne, hogy ezt elkerüljék, a vizet nagy nyomás alatt tartják (100-150 bar). A primerköri víz gőzfejlesztőkben adja át a hőt a szekunder köri tápvíznek elforralva azt, a keletkezett gőzt azután a turbinákba vezetik. Ezzel biztosítható, hogy a reaktor aktív zónájával érintkező (és így radioaktív elemeket tartalmazó) primer köri víz zárt rendszerben kering.

Minden, amit a C hajós jogosítvány hosszabbításáról tudni kell

A szekunder kör a gőzfejlesztők tápvízoldali részét, a főgőzrendszert, a turbina nagy és kisnyomású elemeit, a kondenzátort és a tápvízrendszert magába foglaló rendszercsoport. Az atomreaktor által megtermelt 1485 megawatt hőmennyiséget a zárt rendszerben keringő tisztított víz szállítja el a gőzfejlesztőkbe, ahol a primerköri víz hőátadó csöveken keresztül gőzt fejleszt egy újabb zárt vízkörben 46 bar nyomáson és 260 Celsius-fokon. A munkáját elvégző gőz a Duna hűtőhatását felhasználva ismét vízzé alakul. A már munkát végzett gőz a kondenzátorba kerül, ahol csaknem 11 ezer csőben a Dunából kivett hűtővíz áramlik. A hűtőcsöveken a gőz kb. 25 Celsius-fokos hőmérsékleten lekondenzálódik. A lecsapódott vizet különböző tisztító és előmelegítő berendezéseken keresztül a tápszivattyúk visszajuttatják a gőzfejlesztőbe.

Forralóvizes reaktorok (BWR)

A forralóvizes reaktor (angolul Boiling Water Reactor, BWR) egy könnyűvizes atomreaktor, amelyben az aktív zóna hűtését és a neutronok lassítását is a víz végzi. Sokban hasonlít a nyomottvizes reaktorhoz, azzal a különbséggel, hogy a gőzt nem a gőzfejlesztőkkel nyerik, hanem magában az aktív zónában. Az aktív zónában keletkezett gőzt közvetlenül a turbinákra vezetik. Mivel a reaktor hűtővizében mindig találhatók radioaktív atommagok, a turbinákat szigetelni kell a külvilágtól. A BWR erőművekben emiatt nincs szükség gőzfejlesztőre, egykörös zárt és egykörös nyitott hűtőrendszert alkalmaznak. A zárt hűtőrendszer mindegyik eleme radioaktív közegben dolgozik.

További reaktortípusok

• Nehézvizes reaktorok (CANDU): A nyomottvizes típushoz hasonlóan két zárt hűtőkörös, a primer köri nehézvíz azonban csak a hőszállítást végzi. A moderáláshoz szintén nehézvizet használnak, ami lehetővé teszi, hogy dúsítás nélküli, természetes uránt is lehessen használni üzemanyagnak.
• Gázhűtésű reaktorok: Az ugyancsak két zárt hűtőkört magában foglaló reaktortípus moderátorként grafitot, hűtőközegnek szén-dioxidot használ, így jóval magasabb primer köri hőmérsékletet lehet elérni, mint víz hűtőközeggel.
• RBMK reaktorok: Szovjet fejlesztésű reaktor, az energiatermelés mellett plutónium előállításra is alkalmas. Üzemanyagként enyhén dúsított vagy természetes uránt használnak. A neutron lassítását a grafit végzi, a forralóvizes reaktorhoz hasonlóan a víz a reaktorban felforr, és a turbinába jut. Ennek a típusnak nagy hátránya, hogy a hűtőközeg elvesztése esetén sem szűnik meg a maghasadás, így a láncreakció sem áll le, ellentétben a víz moderálású megoldásoknál. Ilyen típusú volt a csernobili tragikus sorsú atomerőmű is.

A biztonsági rendszerek, mint például a vészleállító rendszer (SCRAM), a vészhelyzeti hűtés és a védelmi/légzáró burkolat (containment), létfontosságúak az atomerőművek biztonságos működéséhez.

A tengeri hűtővíz és a Fukusima Daj-icsi atomerőmű esete

A 2011-es erőteljes földrengés és szökőár súlyos károkat okozott a japán Fukusima Daj-icsi atomerőműben. Ennek következményeként meghibásodott a hűtőrendszer, a szökőár elárasztotta a vészhelyzeti generátorokat. A katasztrófa óta a reaktorok hűtésére használt vizet hatalmas tartályokban tárolják az erőműben, 2022-ben elérve a korlátaikat, idén júliusig pedig több mint 1,3 millió tonnát tett ki. Japán a megsérült fukusimai atomerőműből származó, sugárszennyezett hűtővizet engedné az óceánba bizonyos kezelések után. Ezt a vizet, ami a talajvízből és az esőből is származik, hosszú ideig hatalmas tartályokban tárolták az erőmű területén, és kezelték, hogy megtisztítsák a radioaktív anyagoktól.

A japán nukleáris felügyelet jóváhagyta azt a tervet, hogy a tengerbe engedjék a megrongálódott Fukusima Daj-icsi atomerőműből származó vizet. A művelet előtt az erőművet üzemeltető Tepco azt tervezi, hogy a szennyezett vizet megszűri, hogy a tríciumon kívül a káros izotópokat is eltávolítsa. Ezután felhígítják és kiengedik. A Nemzetközi Atomenergia Ügynökség (NAÜ) jóváhagyta, hogy a használt hűtővizet szűrés után az óceánba engedjék, és arra a következtetésre jutottak, hogy „az emberekre és a környezetre gyakorolt hatás elhanyagolható lesz”. A szakemberek szerint a tisztításkor 60 radioaktív anyagot szűrtek ki a vízből, amely azonban nem lesz teljesen sugármentes. A kezelt víz továbbra is tartalmaz tríciumot, radioaktív hidrogén- és szénizotópokat, amelyeket nem lehet könnyen eltávolítani, így az 30 év alatt tisztulhat meg teljesen.

Így készül a fekete tengeri sün a gasztronómiában

A folyamat elindítása azonban diplomáciai válságot okozott Japán és Kína között, amely augusztus végén felfüggesztette a japán tengeri termékek teljes importját. A terv kemény ellenállásba ütközött a régió halászszervezeteinek részéről, amelyek a megélhetésüket féltik. A kínai külügyminisztérium szóvivője, Zhao Lijian felszólította Japánt, hogy „felelősségteljesen járjon el”. Japán a fukusimai atomerőmű végleges megszüntetésének hosszadalmas és költséges folyamatának részeként tekint a vízleeresztésre, azonban a technológia nem nyugtatta meg a környező ázsiai országokat és a csendes-óceáni térség lakóit. Kína egyenesen azt állítja, hogy Japán „magáncsatornaként” kezeli az óceánt.

Radioaktív anyagok kezelése és ártalmatlanítása

Az atomerőművekben olyan magreakciók mennek végbe, amelyek eredményeként szükségszerűen radioaktív izotópok is képződnek. Ezek többsége a maghasadás helyén az üzemanyag-tablettákban keletkezik, de radioaktív izotópok megjelennek a hűtőközegben és a reaktor és a primerkör szerkezeti elemeiben is. Nagyon sokféle izotópról van szó, amelyek különböző kémiai és fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek, ezért a környezetre gyakorolt hatásuk is nagyon különböző, és az atomerőművön belül vagy azon kívül történő kezelésük is sokféle technológiai megoldást igényel.

Radioaktív izotópok eredete

• Hűtőközeg: A hűtővíz aktivitásának domináns részét a 16N izotóp adja, amely a víz oxigénjéből keletkezik neutronbefogással. A primerköri hűtőközeg optimális vízkémiai paramétereinek beállításához különböző vegyszereket adagolnak a hűtővízbe, melyek felaktiválódásával több radioaktív izotóp is keletkezik (24Na, 42K, 38Cl). Megjelennek korróziós termékek is, amelyek az acélkomponensekből és az üzemanyag-kazetták cirkóniumötvözetből készült részegységeiből származnak.
• Szerkezeti elemek: A reaktortartály és a reaktor belső szerkezeti elemei közvetlen sugárzásnak vannak kitéve. A nagy energiájú neutronok és az atommagok kölcsönhatása során új izotópok is képződhetnek a szerkezeti elemekben, és ezek egy része radioaktív.
• Fűtőelemek: A legtöbb radioaktív izotóp a fűtőelemekben keletkezik. A kiégett fűtőelemekben található radioaktív izotópok erősen sugároznak, és bomlásuk során számottevő hő keletkezik.

Radioaktív hulladékok kezelése

Az erőmű normál üzemelése során a hűtőközeg aktivitáskoncentrációját a megengedett korlátokon belül kell tartani. Ehhez több eszköz is rendelkezésre áll: ioncserélők, szűrők és gáztalanítók. A folyékony radioaktív hulladékokat besűrítik, és szilárd csomagokat állítanak elő a végleges elhelyezéshez. A paksi atomerőmű jelenleg működő blokkjain alkalmazott technológia lehetővé teszi a radioaktív izotópok jelentős részét adó kobalt- és céziumionok eltávolítását és a hulladék bórsavtartalmának visszanyerését is.

Az atomerőműből eltávolított nukleáris üzemanyag speciális tárolást igényel. A kiégett kazettákat először pihentetőmedencékben helyezik el, ahol a hűtővíz keringtetésével oldják meg a hőelvitelt. Az átmeneti tárolás után a kiégett üzemanyagot vagy feldolgozzák (reprocesszálják), vagy feldolgozás nélkül végleges elhelyezésre kerül mélygeológiai tárolókban. A kiégett üzemanyag feldolgozását elsősorban az motiválja, hogy hasadóanyagot lehet kinyerni a kiégett fűtőelemekből, és azzal új üzemanyagot lehet gyártani az atomerőművek számára.

Az atomerőművekben keletkező radioaktív anyagok kezelésére kiforrott technológiai eljárások léteznek. Ezek alkalmazása lehetővé teszi, hogy a radioaktív izotópokat tartalmazó hulladékok ne jelentsenek veszélyt se a környezetre, se az atomerőműben dolgozókra.

2016 Mazda CX-3 hibaelhárítás

Atomerőmű reaktortípusok összehasonlítása

Az alábbi táblázatban összefoglaltuk a különböző atomerőmű reaktortípusok főbb jellemzőit:

tags: #tengeri #hutoviz #atomeromuvekben #információk

• Cayenne S E-Hybrid útmutató
• Biztonságos vezetés oktatás Érden
• Így szereld ki az Opel Meriva 1.7 dízel generátorát
• Twingo elektromos rendszerek áttekintése
• Minőségi bontott Dacia Sandero lökhárító választék