Table of Contents
Napjainkban újra egyre többet hallani a nukleáris energiáról a hírekben. Európában komoly energiaellátási krízis alakult ki és ebben bizony nagy (negatív) szerep jutott a gyengélkedő francia atomerőművi flottának is. (Erről bővebben itt, itt, itt, itt, itt és itt írtunk.) Ukrajnában a háború nem kíméli, sőt, kiemelt célpontként kezeli az energetikai infrastruktúrákat (erről itt, itt és itt írtunk), a nukleáris létesítményeket sem tekintve tabunak. A háború korai szakaszában a Csernobili Atomerőmű környezetében volt fokozott veszély a különféle katonai műveletek és nukleáris hasadóanyagok esetleges eltűnésének híre miatt. Azóta pedig újra és újra visszatérően a Zaporizzsjai Atomerőműben zajló események borzolják a szakmai és a laikus közvélemény idegeit. (Ezekről írtunk itt, itt, itt és itt.)
Magyarországon zajlik „az évezred projektje”, amely a Paksi Atomerőmű jelenleg üzemelő blokkjai telephelyének szomszédságában két új 1200 MW-os atomerőművi blokk megépítését jelentheti. A „régi” blokkok tervezett üzemidejét egyszer más sikeresen meghosszabbították és most kezdenek egy újabb 15 éves meghosszabbítási lehetőség vizsgálatának (erről itt írtunk). Mindezek számos vélekedést, kérdést vet(het)nek fel sokakban anélkül, hogy akár csak alapszintű ismeretek birtokában lennének az atomerőművekről.
Ugyanakkor új, ígéretesnek tűnő koncepciók jelentek meg (némelyikről mi is beszámoltunk, pl. itt), melyek a nukleáris energiatermelés ígéretes, jövőbeni megoldásai lehetnek, sokkal jobban alkalmazkodva azokhoz a kihívásokhoz, melyek az energiahálózatok sérülékenységéből, vagy éppen távoli, infrastrukturálisan elmaradottabb régiók ellátásának nehézségeiből erednek. Persze ezekhez az új technológiákhoz szinte azonnal megjelennek túlzó, tévhitekre épülő víziók is.
Időszerű hát „tiszta vizet önteni a fejekbe”.
Különösképpen azért, mert az atomenergia hőskorában a magyar tudósok kitűntetett szerephez jutottak. Szilárd Leó, Teller Ede, Kármán Tódor, Wigner Jenő, Neumann János, Hevesy György és Marx György mind meghatározó alakjai voltak koruk nukleáris energiával kapcsolatos felfedezéseinek. Kutatásaik eredményei az atomenergia felhasználás alapköveit jelentették.
A nukleáris energia felfedezésében és a felhasználásában Henri Bequerel és a Curie házaspár munkássága, annak eredményei mérföldkőnek számítottak. A radioaktív sugárzás, annak forrásai, valamint a sugárzó elemek kutatása, az izotópok és a radioaktív bomlás fogalmainak megalkotása indította el az emberiséget
a nukleáris energia korába.
Nem sok idő kellett hozzá, hogy az elméleti felfedezések gyakorlatba ültetése is megtörténjen. Hamarosan alkalmazni kezdték a daganatos megbetegedések kezdetleges gyógyításában, de megjelentek a piacon csodaszerek is (pl. oldott uránsót tartalmazó „elixírek”), melyek a használók jelentős egészségkárosodását, halálát okozták. Tehát a kezdetektől jelen van az „esély” és a „veszély” kettőssége. Így nem is csoda, ha sokan hajlamosak a nukleáris energiára elsősorban mint veszélyforrásra gondolni. Pedig nagyon leegyszerűsítve a kérdést a nukleáris energia olyan, mint egy konyhakés: szerves része mindennapjaink kényelmes életének, de akár veszélyes (fegyver) is lehet.
A nukleáris energia felhasználásában alapvető fordulatot hoztak a II. világháború eseményei. Katonai céllal indultak azok a kísérletek, melyek eredményeire építkezve aztán a békés célú felhasználás is megkezdődhetett. A Manhattan terv részeként épült meg Chicago-ban Fermi és Szilárd Leó (az egyik „marslakó”) tervei alapján az első atommáglya. Az USA és a Szovjetunió között világnézeti és nagyhatalmi okokból fennálló bizalmatlanság miatt a szovjetek is nekiláttak az atomfegyver kifejlesztéséhez elengedhetetlen alapkísérletek elvégzésének. Ezeket nagy mértékben támogatták hírszerzési módszerekkel a már megvalósult amerikai kutatásokról gyűjtött információik is. A Szovjetunióban Igor Vasziljevics Kurcsatov vezetésével zajlottak a munkálatok, amelynek keretében Moszkvában az Atomenergia Intézetben (ma NRC Kurchatov Institute – Kurcsatov Nukleáris Kutatóintézet) megépítették a szovjetek atommáglyáját is.
Ezek az atommáglyák egymásra helyezett grafitrudakból álltak, melyek közé urán gömböket helyeztek el. A szabályozást kadmium rudakkal oldották meg, melyet kötél és csörlő segítségével emeltek ki, illetve süllyesztettek be a máglyába. A vészleállítást egy a reaktornál fejszével álló ember volt hivatott megoldani a kötelek átvágásával. Azóta a reaktorok vészleállító rendszerét ennek tiszteletére SCRAM-nek (Safety Control Reserve Axed Man) hívják. A másik vészleállító rendszer a reaktor tetején bóros vízzel telt vödrökkel álló emberek csoportja volt, akik vész esetén a vödrök tartalmát beöntötték volna a máglyába.
Fermiék kísérletei nyomán 1942. december 2-án beköszöntött az atomkor.
A világ első nukleáris reaktora
kb. 200 W teljesítményen 30 percig üzemelt.
Noha az első sikereket az amerikaiak érték el, 1946. december 24-én a szovjetek is sikeresen megvalósították az önfenntartó láncreakciót a saját atommáglyájukban.
Míg az atommáglya sikeresen demonstrálta a nukleáris reaktorok megvalósíthatóságát, addig az akkori elsődleges cél – a fegyvergyártáshoz szükséges mennyiségű hasadóanyag előállítása – újabb reaktor konstrukciók kidolgozását követelte meg. Ezzel megkezdődött a különféle reaktortípusok tervezése.
Az atomreaktorok tervezésénél sok – egymással kölcsönhatásban lévő, sőt akár kifejezetten ellentétes – szempontot kell érvényesíteni. A nukleáris energia felszabadítása során számos veszély jelentkezik, melyek ellen mind a létesítmények dolgozóit, mind a környezetet és a lakosságot is meg kell védeni.
Tulajdonképpen
kijelenthető, hogy a biztonság a legfontosabb alapelv,
melyet a tervezés, létesítés, üzemeltetés és a leszerelés (a telephely teljes mentesítéséig) során érvényesíteni kell. Természetesen emellett megjelennek gazdaságossági, termelékenységi szempontok is, valamint figyelembe kell venni az adott kor technikai színvonalát, lehetőségeit és nem utolsó sorban, tudományos műszaki hátterét is.
Az USA Tennessee államában, Oak Ridge-ben megépült az X-10 kódnevű grafitmoderátoros, léghűtéses, természetes uránnal működő reaktor. 1943. novemberében kezdte el működését, mely során plutóniumot termelt. A reaktor és a hozzá kapcsolódó szétválasztó üzem felbecsülhetetlen lehetőséget nyújtott a tapasztalatok gyűjtésére a fenti alapelv műszaki és biztonsági teljesíthetőségéhez is. Persze elsősorban ez a létesítmény és az X-10 is katonai, atomfegyver fejlesztési célokat szolgált.
Az első szaporító reaktort 1949-ben kezdték el építeni Idahóban elsősorban kutatási, valamint a maghasadás során további nukleáris üzemanyag előállítási céllal. Az EBR-I (Experimental Breeding Reactor No. 1.) 1951. augusztus 24-én kezdte meg az üzemét. A projekt járulékosan villamos energia elállítására is alkalmas volt, 4 db 200 W-os izzót üzemeltettek vele.
A Szovjetunióban is hasonló utat jártak be a katonai alkalmazás elősegítésére, ugyanakkor fontos tény, hogy ott került sor az első polgári villamosenergia-termelésben is részt vevő atomerőmű megépítésére és elindítására. Az Obnyinszkban (Moszkvától kb. 110 km-re, Kaluga tartományban) megépült grafit moderátoros, vízhűtéses reaktor 1954. nyarán kezdte meg a villamosenergia termelést. Az erőmű 6 MW villamos energia előállítását tette lehetővé.
1953-ban Eisenhower elnök meghirdette az „Atoms for peace” programot, mely a világ számos országában adott kezdő lökést atomerőművek építésének. (Erről itt is írtunk.) Az első, hivatalosan is kereskedelmi céllal megépült atomerőmű a „Calder Hall A” (Sellafield, Egyesült Királyság) építése 1953-ban kezdődött el és 1956. október 17-én hivatalosan maga II. Erzsébet királynő indította el a működését.
A nukleáris energiatermelés kiszolgálása a nukleáris biztonság elsődlegessége mellett számos szempont érvényesítését tette szükségessé, amelyeknek a különböző tervezőirodák különféle műszaki megoldásokon keresztül tettek eleget. Újabb és újabb reaktortípusok fejlesztésével, különböző üzemanyagok és moderátorok alkalmazásával
megkezdődött az atomerőművek elterjedése a világban.
Napjainkra az atomerőművek több generációját különböztetjük meg. A mintegy 80 éves fejlődési folyamat eredményeként mára 1., 2., 3., 3+ és 4. generációs atomerőművekről beszélünk, valamint megjelent néhány olyan kutatás-fejlesztési irány is, amely ezekbe a generációkba nem feltétlenül sorolható be. Ilyenek a tervezett olvadt só hűtésű reaktorok, a mikró-reaktorok, de az SMR-ek (Small Modular Reactors) esetében is számos műszaki megoldás áll kidolgozás alatt, így ezeket nem lehet besorolni a mai kategóriákba.
A cikksorozatunk további részeiben a különböző ma ismert generációkat, reaktortípusokat és a jövő fejlesztési irányait, alkalmazási lehetőségeit mutatjuk be.
