Transcript energia-komplex

Mit tanítsunk az
energiáról?
Radnóti Katalin
ELTE TTK Fizikai Intézet
[email protected]
http://members.iif.hu/rad8012/
Ne fogyassz sok energiát!
Takarékoskodjunk az energiával!
De az iskolában azt tanítjuk, hogy az
energia megmarad.
Akkor most mi a helyzet?
Miről lesz szó?





az energia fogalma,
az energiáról a közoktatásban,
a Világ, az Európai Unió és hazánk energia
előállítási tervei,
az energiaátalakítás jelenlegi lehetőségei,
azok előnyei és hátrányai, különös tekintettel
a nukleáris energiára,
a valós életből és valós adatokkal végzett
modellszámítások.
Rövid történet
Az energia szó a görög ενεργεια kifejezésből ered, ahol az ενjelentése „be-” az έργον-é pedig „munka” az -ια pedig absztrakt
főnevet képez. Az εν-εργεια összetétel az ógörögben „isteni tett”-et
vagy „bűvös cselekedet”-et jelentett, Arisztotelész később
„ténykedés, művelet” értelemben használta.
Galilei lejtő és inga
Leibniz
eleven erő: tömeg x sebességnégyzet
Coriolis: munkatétel
Robert Mayer – trópusi vizeken
Hermann von Helmholtz
Einstein: az energia egy négyesvektornak, a négyesimpulzusnak az
egyik komponense a (hármas)impulzus három komponense
mellett.
Az energia megmarad

"1840 nyarán a Jáva szigetére újonnan megérkezett európaiakon
végrehajtott érvágásoknál azt tapasztaltam, hogy a kar vénájából
eresztett vérnek majdnem kivétel nélkül föltűnően vörös színe volt. Ez
a jelenség magára vonta teljes figyelmemet. Kiindulván a Lavoisier
égés-elméletéből, mely az állati hőt égésfolyamatnak tulajdonítja, azt a
kettős színváltozást, melyet a vér a kicsiny és a nagy körfutás
hajszáledényeiben szenved, úgy tekintettem, mint a vérrel végbemenő
oxidácziónak érzékileg észrevehető jelét, látható reflexusát. Az emberi
test állandó mérsékletének megtartására kell, hogy annak hőfejlesztése
a hő veszteségével, tehát a környező médium mérsékletével is
szükségképen bizonyos értékviszonyban álljon s ennélfogva kell, hogy
mind a hőtermelés és az oxidáczió- folyamat, mind pedig mind a két
vérnemnek színkülönbsége a forró égöv alatt egészben véve kisebb
legyen mint a hidegebb vidékeken."
Energiatermelés, erőművek
Fogalmi problémák, a fogalmak differenciálódása a
tudományban és a gyerekek tanulási folyamatai során.
erő – energia
munka – hő – energia
„hőenergia”
Primer energia – átalakítás- felhasználás
Differenciálatlan „ősfogalmak”
A fizikai (és más természettudományi) fogalmak a gyerekekben
lényegében két „fogalommasszából”, két differenciálatlan „ősfogalomból”
alakulnak ki.
„statikus”
hossz, súly, terület, sűrűség, térfogat, viszkozitás, tömeg, szilárdság.

„dinamikus”

erő, mozgás, gyorsaság (később a sebesség, a gyorsulás), nyomás,
energia, hő, hőmérséklet.
Fényes Imre 1980. A fizika eredete 72. oldal
„„Erő”-vel jelölt egységes képzetből öt különböző és egyaránt fontos fogalom
bontható ki: a mozgásmennyiség (impulzus), az erő, az energia, a munka és a
teljesítmény. „
Az energia megmarad



Az energia szubsztanciaként való kezelése milyen mélyen beivódott fizika
szakmódszertani kultúránkba. Még mindig van „hőmennyiség”, amelyet a
szerzők nyilván nem anyagi szubsztanciának gondolnak. A biológiai,
kémiai folyamatok elemzése során gyakran beszélünk „energiát tároló
vegyületekről”. Villamos vezetékeink „szállítják az energiát”, az elektromos
áramkörben lévő, ellenállással rendelkező elektromos eszközt
„fogyasztónak” nevezzük. Gyakran mondjuk, hogy kölcsönhatás közben
„az egyik test energiát ad át a másiknak”.
A sajátos gyermeki elképzelésekben az energia „termelődik és
elhasználódik”, vagyis nem érvényes benne az energia-megmaradás elve .
Úgy tűnik, ez a törvény nem tartozik azok közé, amelyek már
születésünkkor adottak bennünk, ezt igen nehéz is lenne elképzelni. Az
energia megmaradását tehát meg kell tanulnunk.
A tankönyvek gyakran fogalmazzák meg pl. azt, hogy az erőművekben az
energia keletkezik, az égéskor is ugyanez történik. Az energiának egyik
formából a másikba való átalakulása nem szerepel ezekben a
leírásokban, a tanulók teljes nyugalommal hihetik azt, hogy az energiát
valóban előállítják, pl. szénből, vagy uránból.
A felsőoktatásba belépő hallgatók
tudásszintjének vizsgálata
A felsőoktatásba belépő hallgatók milyen
tudásszinttel érkeznek, és az megfelelő-e a
választott szak követelményeinek?
 A felvételi pontszám megfelelő információt
ad-e a hallgatók tudásáról?
A résztvevő intézmények
ELTE, BME több kara, DE, GDF, NYFMMK, PE több
kara, PTE, SZTE, SZE, SZIE

9
A vizsgálat lebonyolítása
A hallgatók egy 60 perces dolgozatot írtak a
regisztrációs hét folyamán .
 A feladatlap központilag készült , középiskolásokkal ki
lett próbálva, az OFI munkatársa ellenőrizte, mely 14
tesztkérdést és két számításos feladatot tartalmazott.
 Az intézmények saját maguk szervezték a dolgozatok
megíratását és javítását az egységes útmutató alapján.
 A kollégák az eredményeket egy központilag előkészített
Excel táblázatban rögzítették és ezeket küldték vissza
feldolgozásra (17 db).
Minden intézmény megkapta a saját statisztikáját a
legfontosabb ábrákkal együtt, 10
továbbá az országos

Legfontosabb eredmények
Felmérőt írt hallgatók száma, és a kérdésenként összsített felmérők eredményei:
fizika: 2185 fő 47%

Felvételi pontok dolgozatpontok összefüggés
600
y = 3.3253x + 294.66
R² = 0.3912
500
Felvételi pontok
400
300
200
100
0
0
10
20
30
Dolgozatpontok
40
50
Korunk egyik legnagyobb műszaki teljesítményének számító, a CERNben megépített LHC (Large Hadron Collider = Nagy hadron
ütköztető) gyorsítóját az elmúlt évben kapcsolták be először. A
tervek szerint a föld alá helyezett kör alakú 26,7 km kerületű
gyorsítóban 7 TeV energiájú protonok fognak keringeni és
ütközni. A teljes kerület mentén 2808
csomagban keringenek a
11
protonok. Egy csomagban 1,1510 darab proton van.
a.) Mekkora egy protoncsomag teljes energiája?
b.) Ha egy 150 kg tömegű kismotor
ekkora mozgási energiával rendelkezne,
mekkora sebességgel mozogna?
c.) Mekkora a teljes kerület mentén
mozgó protonok energiája?
d.) Mekkora tömegű 25°C fokos
aranytömböt lehetne megolvasztani
ekkora energiával?
Adatok: az arany fajhője 126 J/kg°C,
olvadáspontja: 1337,6 K,
olvadáshője 64,9 kJ/kg.





Többen nem tudták helyesen a mozgási energia képletét,
elfelejtettek 2-vel osztani.
Volt, aki a sebességet az F = m.a összefüggésből akarta
kiszámolni, majd ebből kifejezte a „sebességet”, v = F/m – ként.
De volt F = v.m képlet is. De találkoztam a centirpetális erő
képletével is (mely valójában nem is külön erő, hiszen sokféle
kölcsönhatás során jöhet létre körmozgás), melyek mindegyike azt
mutatja, hogy a hallgatók egy része az energia fogalmát az
erővel keveri. Többen keverték a mértékegységeket is, mint J és
N. Volt, aki le is írta, hogy
Fmozg. = E1 és N a mértékegysége. Továbbá szerepelt a
Emozg. = a.m.g összefüggés is.
Nagyon sokan voltak, akinél a mozgási energia m.v , vagyis az
energia fogalma is teljes mértékben keveredik az impulzus
fogalommal.
Ennek a ténynek az az érdekessége, hogy ezt a korábbi kutatások
során csak kvalitatív, szöveges megfogalmazások esetében
vizsgálták. Esetünkben pedig számításos feladatok esetében került
elő ez a probléma.
Az olvadáshőről nagyon sokan elfeledkeztek, csak felmelegítették
az aranyat az olvadáspontjára.
A feladat megoldottsága



35,1%-ban volt sikeres.
820 fő nem foglalkozott a feladattal. Ők
25,4%-osra írták a dolgozatot.
292 fő megoldása teljesen jó volt, ők
maximális pontszámot kaptak. Ezek a
hallgatók 86,3%-osra írták meg a
dolgozatot.
Mai életünk további fenntartásához a következő
három fő területeken van szükségünk energiára



Elektromos energia, egyre nagyobb számú
elektromos berendezéseink működtetéséhez
Termikus energia a fűtéshez és a legkülönfélébb
technológiai folyamatokhoz
Folyékony üzemanyag a közlekedéshez, szállításhoz,
a mezőgazdasághoz (traktorba gázolaj, stb.)
Energiafelhasználásunk



Az összes energia 40 százalékát az épületekben használják fel,
kétharmad részben fűtésre és hűtésre.
A hőigények mellett figyelembe kell venni, hogy megnőtt, és minden
bizonnyal tovább fog növekedni a hűtés (klimatizálás) iránti igény is.
Időjárásfüggő csúcsok megjelenésére kell számítani.
A legnagyobb, a teljes energiafelhasználás több mint 10 százalékát
kitevő megtakarítást az épületek korszerűsítésével lehet elérni.
Az energiapolitikában nincsenek ”tuti megoldások”, hanem csak
alternatívák vannak, és minden energiatermelési módnak vannak
előnyei és hátrányai. Nem létezik „szuper tiszta” energia.
Minden energiatermelő berendezés megvalósítása, legyártása, a
környezetbe való behelyezése is energiaigényes, továbbá beavatkozást,
környezeti terhelést, szennyezést jelent. Például a szélerőművek
lapátjaihoz szükséges szénszálak előállítása, a napelemekhez szükséges
szilícium előállítása komoly és drága folyamat.
Primer „energiaforrások”

A Napból származó energia, melyen nem csak a napfény energiáját
kell érteni, hanem a különböző körülmények között „eltárolt
napenergiát”, mint a biomassza, de ide tartoznak a különböző
fosszilis energiaforrások, mint a szén, a kőolaj és a földgáz.
Ezek több millió év alatt keletkeztek a régen élt növények és állatok
maradványaiból.
Valójában a szélerőművek is a Napból származó energiát használják fel, hiszen a levegő
áramlása amiatt alakul ki, hogy a Nap sugarai nem egyenletesen melegítik a Föld felszínét,
így hőmérsékletkülönbség és ennek következtében nyomáskülönbség alakul ki.
A vízenergia is visszavezethető a napenergiára, ugyanis a víz úgy jut el a Föld magasabb
pontjaira, hogy a napsugárzás hatására elpárolgó víz felhőket képez, majd a felhőkből a víz
csapadék formájában a magasan fekvő helyekre is hullik.

A Földből származó energia, mint a geotermikus és a nukleáris
energia. Valójában a geotermikus energia is nukleárisnak tekinthető,
hiszen a földet a radioaktív izotópok bomlása következtében
felszabaduló hő melegíti.
„Energiatároló vegyületek”
A szerves vegyületek egyik fontos típusát jelentik azok, melyek a kémiai kötéseikben
energiát tárolnak, és a kötések átalakításával ez az energia átalakítható más
formává. Nézzük meg, mi is történik a legegyszerűbb szénhidrogén, a metán
égésének példáján keresztül?
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + 891 kJ/mol
A víz képződéshője 242 kJ/mol. Számítsuk ki, hogy mekkora a potenciálesés az O-H
kötés kialakulásakor?
Egy mól O-H kötés létrejötte ennek a fele, vagyis 121 kJ, egy darab pedig 0,2 aJ
energia felszabadulását eredményezi.
a potenciálesés.
A poláros kötések nagyobb kötési energiája lehetőséget ad arra, hogy az
apoláros kötésekben energiát tároljunk, majd a kötést polárossá alakítva az
energia bármikor felszabadítható.
A világ és az EU
„energiaigénye”







A világ energiaigénye 1980-ban 7229 millió tonna olajegyenérték
(Mtoe) volt, míg 2008-ra ez közel 70%-kal, 12 271 Mtoe –ra
emelkedett (1 toe = 41,868 GJ). Az ENSZ adatai szerint jelenleg olyan
ütemben használjuk fel a természetes energiaforrásainkat, mintha nem
1, hanem 1,4 Földünk lenne.
Az EU országok energia igénye 1700 Mtoe körüli érték évente.
A Földön kitermelhető fosszilis energiaforrások biztosítják ennek közel
85%-át.
Az uránkészletek a jelenlegi felhasználás mellett körülbelül 100-120
évre elegendőek.
További lehetőség a tórium felhasználása.
A 27 EU tag ország jelentős mértékben függ az orosz földgáztól. Az
import 42%-a Oroszországból 24% Norvégiából és 18% Algériából
származott 2009-ben.
Az energia 44%-át a fejlett országok használják el, miközben
lakosságuk csak a népesség 18%-át teszi ki.
Nemzeti Energiastratégia 2030
Hazánk energiafelhasználása 2010-ben 1085 PJ volt, és célkitűzés, hogy ez
2030-ra se haladja meg az 1150 PJ-t. (1 PJ = 1015 J)
Hazánk energetikai szempontból sebezhető, mert fosszilis energiahordozók
importjából fedezzük energiaszükségeltünk 62%-át.
Ezen belül a földgáz szükségletünk 82%-a import.
Tennivalók:
● energiatakarékosság és energiahatékonyság fokozása,
● megújuló energia a lehető legmagasabb arányban,
● biztonságos atomenergia és az erre épülő közlekedési
elektrifikáció,
● kapcsolódás az európai energia infrastruktúrához,
● a hazai szén- és lignitvagyon fenntartható, környezetbarát
felhasználása.
A hazai szén- és lignitvagyon fenntartható,
környezetbarát felhasználása
A szén alapú energiatermelés szinten tartása három
okból indokolt:
 Energetikai krízishelyzetben (pl. földgáz árrobbanás,
rendszer-szintű üzemzavar) az egyedüli gyorsan mozgósítható
belső tartalék

Földgáz import kiváltó
bővítési lehetőséggel

alternatíva,
foglalkoztatás
Ez értékes szakmai kultúra végleges elvesztésének
megelőzése a fentiek miatt és a jövőbeni nagyobb arányú
felhasználás lehetőségének fenntartása érdekében

Ez utóbbi feltétele a fenntarthatósági- és ÜHG
kibocsátás vállalási kritériumoknak való megfelelés (a
szén-dioxid leválasztási és tiszta szén technológiák teljes körű
alkalmazása)

Az energiatermelés szempontjai







Energiasűrűség
Rendelkezésre állás
Hatásfok
Kapacitás
Telepítési költség, megtérülési idő
Készletek
Környezeti terhelés
Megújuló „energiaforrások„
Egy része – például a nap-, és a szélenergia - csak nagy
területen, kis mennyiségben, és jelenleg túl drágán
képesek energiát termelni, nem beszélve arról, hogy
erősen függnek nap- és évszaktól, valamint az időjárás
szeszélyétől.
A legtöbb megújuló energiát a vízerőművek
szolgáltatják, azonban ezek kapacitása is véges, és
környezeti terhelésük nagysága vitatott.
Komoly lehetőség még az úgynevezett geotermikus
energia, elsősorban a melegvíz fűtési célú
felhasználása.
A legígéretesebb lehetőségként a biomasszát tartják
számon.
Szélerőmű energiatermelése
A 2009-es évre vonatkozó széltermelés adatai órás, heti és éves átlag
kihasználtság alapján
Ingadozások az energiaellátásban
A szélviszonyok óránkénti változása egyszer jelentős többletet
termel, máskor hiány lép fel. Ha ez az ingadozás a hazai termelés
viszonylag kis százalékát érinti csak, akkor azt a villamosenergiarendszer el tudja viselni. Azonban, ha ilyen ingadozások a termelési
kapacitás 40%-ban lépnének fel, ez súlyos gondokat – akár a
rendszer időnkénti összeomlását is – okoznák.
Abban az esetben, ha a nap- és szélerőművek nagy arányban
lennének jelen a hazai villamosenergia-termelésben, az erősen
ingadozó teljesítmény kiegyenlítésére energiatároló kapacitások –
pl. szivattyús-víztározós erőművek – létesítésére lenne szükség.
Nyilvánvaló, hogy ilyen járulékos kapacitások létesítése komoly
beruházás, és az ilyen tározós erőművek környezetterhelő hatását
is figyelembe kellene még venni.
Naperőmű feladat






Az érintett erőművek Internetes honlapján, valamint a sajtóban
megjelent adatok szerint az újszilvási naperőmű maximális
teljesítménye 400 kW, és évente 630 MWh energiát állít elő. A
naperőmű létesítési költsége 618 millió Ft volt.
A Paksi Atomerőmű blokkjai 2011-ben 15685 GWh villamos energiát
állítottak elő, a négy blokk összteljesítménye 2000 MW.
Az idő hányad részében működik a naperőmű (tegyük fel, hogy amikor működik,
akkor maximális teljesítménnyel működik)?
Az idő hányad részében működött a Paksi Atomerőmű 2011-ben (tegyük fel,
hogy amikor működött, akkor teljes teljesítménnyel működött)?
Hány – újszilvásihoz hasonló – naperőművet kellene építeni ahhoz, hogy a Paksi
Atomerőmű által megtermelt éves villamosenergia mennyiséget kiváltsuk, és
mennyi lenne ezek létesítési költsége?
Ha ezek a naperőművek megépülnének, teljes egészében tudnák-e
helyettesíteni az atomerőművet, egyéb beruházások építése nélkül? Indokoljuk
meg a választ!
Sükösd Csaba feladata Szilárd Leó Modern fizika verseny döntője 2012.
Naperőmű - megoldás




A naperőmű által megtermelt teljes energia: 630 000 kWh, ezt a 400 kW
teljesítményű erőmű = 1575 h teljes teljesítményen történő működés során
termeli meg. Egy évben van 365*24 = 8760 h. Az időbeli kihasználtsága tehát:
1575/8760 = 0,18, azaz kb. 18%.
Az atomerőmű az éves energiamennyiséget = 7842,5 h alatt termelte meg. Ez
7842,5/8760 = 0,895 ~ 90% időkihasználtságot („rendelkezésre állást”) jelent.
Az éves energiamennyiség megtermeléséhez = 24897 ~25 000 ilyen
naperőművet kellene építeni. Ezeknek létesítési összköltsége: 24897∙618∙106 =
15386346∙106 = 15386 milliárd Ft lenne.
A létesített naperőművek nem tudnák teljesen helyettesíteni az atomerőművet,
mert az éves energiamennyiséget az idő 18%-ban termelnék meg, az idő többi
részére (82%-ra) jutó energiamennyiséget el kellene tárolni. Ez nagyon komoly
energiatároló kapacitások létesítését jelentené (pl. víztározós erőművek),
amelyeknek szintén nagy beruházási költsége van.
Biomassza
A biomassza alatt - tágabb értelemben – a Földön élő élőlények összes
tömegét értjük, energetikailag pedig főleg az eltüzelhető és fűtésre, vagy
villamos energia termelésére használható növényeket, növényi és állati
hulladékokat.



Növényei a növekedésük alatt rövid időn belül felhasználnak
ugyanannyi szén-dioxidot, mint amennyi az előző mennyiség
égetésekor keletkezett.
Ezek lehetnek mezőgazdasági és ipari hulladékok: szalma, állati trágya,
olajpogácsa, depóniagáz; vagy lehetnek speciálisan erre a célra ültetett
energianövények, elsősorban gyorsan növő lágyszárú növények, füvek.
Az elégetés során nem csak szén-dioxid keletkezik, hanem szálló por,
szén-monoxid, dioxin, különböző nitrogén oxidok stb., amelyeket nem
vagy nagyon költségesen tudunk semlegesíteni, továbbá magas alkáliés klórtartalma, korrozivitása, hamujának összeolvadási hajlandósága
és az általa képzett lerakódások nagy problémákat okoznak a
biomassza tüzelésű erőművek tervezése és üzemeltetése során.
Modellszámítás
Hazánk 2010-es üzemanyag fogyasztása a KSH adatok szerint 3 milliárd liter volt,
ami 3 milló m3 . Mekkora területen tudnánk ezt megtermelni?

Magyarország területe 93027,44 km2 , melynek 48%-a szántóföld, ami 44653,17





km2 = 4465317 ha (hektár). 1 ha = 100 m x 100 m = 10000 m2 = 0,01 km2 , a
mezőgazdaságban még sok esetben ezt az egységet használják.
A termésátlag egy jó évben 8 tonna/ha kukoricára a statisztikai adatok szerint.
Ha mind a 48%-nyi termőföldön kukoricát termelnék az 8 t/ha x 4465317 ha =
35,72 millió tonna.
Számoljunk úgy, hogy 1 liter bioetanol előállításához kb. 3 kg kukorica
szükséges, akkor a 35,72 millió tonna kukoricából 35,72/3 = 11,9 millió m3
bioetanol állítható elő.
A fenti számítás szerint ennek közel 4 x szeresét tudnánk megtermelni, ha a
teljes mértékben csak ezt akarnánk előállítani. Továbbá a bioetanol fűtőértékét
azonosnak vesszük a közlekedésben és a mezőgazdasági gépekben használt
üzemanyagokéval. Vagyis hazánk teljes szükségletét elő tudnánk úgy állítani,
hogy termőföldek ¼-ed részét használjuk erre a célra, mely hazán területének
12%-a.
Ez körülbelül két megye teljes területe.
Üzemidő-hosszabbítás, új
reaktorok Pakson?


"A paksi atomerőmű üzemidő-hosszabbítását minden
forgatókönyv tartalmazza" - írja a stratégia, amely
kész tényként kezeli, hogy a Paksi Atomerőmű
jelenlegi négy blokkja újabb húsz évre megkapja az
engedélyt, és 2032-2037-ig termelhet.
A stratégia összeállítói azt is eldöntött kérdésként
kezelik, hogy a 2009-es országgyűlési határozat
alapján Pakson felépül egy vagy két újabb blokk, így
a magyar villamosenergia-rendszer teljes
kapacitásának több mint felét (összesen 4000
megawattot) az atomenergia adja majd.
Teljesítménynövelés Pakson




VVER-440 típusú blokkok, 4 darab
A névleges teljesítmény 2009-től 500 MW.
Korszerűsített, új típusú üzemanyag, ami 4,20 % átlagdúsítású,
három darab kiégő mérget (Gd2O3) tartalmazó elnyelő pálcával.
A projekt végén mind a négy paksi blokk névleges teljesítménye
500 MW lett, tehát a beruházás következtében összesen
240 MW erőművi kapacitás létesült.
Példa



A paksi atomerőműben 4 reaktor működik. Reaktoronként a
hőteljesítmény 1485 MW, villamos teljesítmény pedig 500 MW.
a) Becsüljük meg 1 reaktor üzemanyagtöltetét, ha tudjuk, hogy az
üzemanyag kb. 4,2 % -ban tartalmaz jól hasadó 235U izotópot, és az izotóp
koncentrációja (az egész töltetre nézve) évente átlagosan 1,14 %-kal
csökken! Tegyük fel, hogy a felszabaduló energia nagyrészt az 235U
maghasadásából ered, ahol egy - egy hasadás alkalmával 32 pJ energia
szabadul fel. (Egy évben átlagosan 330 napot üzemel egy-egy reaktor)
Mekkora a tömege és a térfogata?
b) Mekkora lenne a paksi erőművel azonos hőteljesítményű hőerőmű évi
üzemanyag szükséglete, ha az 24,5 MJ/kg fűtőértékű szenet használna?
Mekkora lenne a tömege és a térfogata?
c) Becsüljük meg a szénerőmű által évenként kibocsátott gáz térfogatát
normál állapotban! Milyen vastagon borítaná be ez a szén-dioxid gáz
Magyarország területét, amely 93 033 km2 ?
Megoldás
a ) Határozzuk meg egy reaktor aktív zónájában naponként elhasadt uránmagok számát!
8,64.104 s.1,485.109 W
NU 
 4.1024
11
3,2.10 J
24
A naponként elhasadt urán össztömege: mU  4.1023 .0,235kg  1,57kg.
6.10
Évi 330 üzemnappal számolva, az 235U elhasadt tömege évente: 517 kg.
517kg
M töltet 
 45,35 tonna.
Az ehhez szükséges teljes üzemanyagtöltet tömege
1,14.10-2
4 blokkra: 181,4 tonna.
Térfogata: az urán sűrűsége meglehetősen nagy 19,1 g/cm3 , vagy 19100 kg/m3 , vagy
19,1 tonna/m3 . V = m/ρ  2,375 m3 egy reaktor esetében.
A 4 blokkra 9,5 m3 .
Összehasonlításképp számoljuk ki egy kicsi szoba térfogatát. Magassága legyen 3 m, és 4
x 4 m-es. V = 4 x 4 x 3 = 48 m3 , melyben 5 évre elegendő töltet halmozható fel. A Paksi
Atomerőműben 2 évre elegendő üzemanyagot tárolnak.
Az üzemanyag szállítási térfogata, és a kiégett, nagy aktivitású fűtőanyag térfogata is
ennyi.
b ) A szükséges szén tömege 4 reaktorblokkra számolva:
mszén 



5,132.1014 J.330
 69,125.108 kg 
J
24,5.106
kg
6,9.106 t.
Térfogata: a szén sűrűsége 1 – 0,85 tonna/m3 , tehát térfogata 6,9 millió
m3 lenne.
Gondolatban terítsük szét egy focipályára. A pálya mérete legyen 100 m x
50 m = 5000 m2 . 6900000/5000 = 1380 m = 1,38 km magas lenne.
Magasabb, mint a Kékes!
Például a Mátrai Erőmű átlagos éves lignitfelhasználása 8,5 millió tonna 700
MW-os teljesítmény eléréséhez. (A lignit fűtőértéke lényegesen kisebb,
átlagosan 7300 kJ/kg, mint amivel a becslés során számoltunk.)
c ) Ha feltesszük, hogy a teljes szénmennyiség tökéletesen elég, akkor
a szénatomokból szén-dioxid molekulák lesznek, ezek száma
megegyezik a szénatomok számával. Ekkor a keletkező gáz
anyagmennyisége:
6,91.109
n
kg = 5,76.1011 mol
kg
1,2.10 2
mol
Normál állapotban a szén-dioxid gáz térfogata:
m3
VN  5,76.10 mol.22,41.10
 1,29.1010 m.3
mol
11
3
Az ország teljes területét befedő normál állapotú gázréteg vastagsága
pedig: 1,29.1010 m3/9,3033.1010 m2  13,8 cm lenne.
Modellszámítások
Tanulságos, a való életből és valós adatokkal végzett
modellszámítások célja:
 A tanulók lássák, miként lehet egyszerű matematikai eszközök
segítségével utánaszámolni a különböző híradásokban,
tervezetekben számszerűen megjelenő állításoknak, és ne
„dőljenek be” megalapozatlan, a tényeket mellőző
kijelentéseknek, sokszor a környezetvédelem álcája mögé bújó
lobbi csoportoknak, vagy a környezetvédelem irracionális
képviselőinek.
 Ez a háttértudás a tudatos emberé nevelés szerves részét
képezi.
 És ez a fizikai, a kémiai tudás és a feladatmegoldás tanításának
egyik fontos célja.
A nukleáris energiát
elutasítók
Ausztria (1978-as népszavazás)
 Olaszország
 Németország
 Svájc (nem épít)
 Japán ?!
NUKLEON 2012/3
2012/4

A nukleáris fejlesztést támogatók







Oroszország
Kína
Dél – Korea
India (tórium)
USA
Csehország
Finnország
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!
[email protected]
http://members.iif.hu/rad8012/