Transcript 7. Villamosenergia-termelés atomerőművekben

7. témakör
Villamosenergia-termelés
atomerőművekben
Tartalom
1. Magfizikai alapok.
2. Az atommag felépítése, jellemzői.
3. Radioaktivitás, neutron magreakciók.
4. Maghasadás.
5. Láncreakció, atomreaktor.
6. Atomerőművek.
1. Magfizikai alapok
• (semleges) atom=(+) atommag + (-) elektronburok.
• atommag=p+n és p=e (kifelé semleges).
u (nyugalmi
tömeg)
Energia
[MeV]
Elektromos
töltés
p
1,007276
938,18
+1
n
1,008665
939,47
0
e
0,000549
0,511
-1
Magfizikai alapok
• u=atomi tömegegység (12 tömegszámú szénatom (C12) tömegének 1/12-ed része.
• 1u=1,660274.10-24 [g].
• Eo=mc2=1,66.10-27 [kg]*9.1016 [m/s]2=1,494.10-10 J.
• m[g]=Au → A=6,0231.1023 [db/mol]
• e-elektromos töltés, amely az elektron és a proton
töltésének nagyságával azonos → elemi töltés
1e=1,6021.10-19 C.
• 1 eV=Q(1e-)*ΔU(1V) mozgási energiát nyer 1 etöltéssel rendelkező részecske, ha 1V
feszültségkülönbség hatására gyorsul:
1eV=1,6021*10-19 [C]*1[V] = 1,6021.10-19 J.
Magfizikai alapok
• 1u energiája: 1,494.10-10 [J]/1,6021.10-19 [eV]
=932,5.106 eV=932,5 MeV.
• m(e)=9,108.10-28 [g], Eo=9,109.10-31 [kg]*9.1016
[m/s]2=8,1972.10-14 [J]/1,6021.10-19= 511.103 eV=511
[keV].
• Einstein energia-megmaradás elve: a nyugalmi
energia [Eo] és a nyugalmi (v=0) tömeg [mo]
ekvivalencia:
E o  mo c
2
Eo
ill. mo  2
c
Magfizikai alapok
• Egy anyagi részecske összes energiája (Eo és mo csak együtt
változhat):
2
E  Eo  E k  mo c  E k  const
Eo  mo c
Eo  E k
2
Eo
ill. mo  2
c
ill. E k  Eo
• Exoterm reakció: a nyugalmi energia rovására nő a kinetikus
energia (energiatermelő folyamat).
• Endoterm reakció: a befektetett kinetikus energia árán nő a
reakcióban résztvevőrészecskék nyugalmi energiája
(gyorsítók).
Magfizikai alapok
• c≈3.105 [km/s]=3.108 [m/s].
• 1 g tömegnek megfelelő nyugalmi energia: Eo=moc2=
10-3 [kg]*9.1016 [m/s]2=9.1013 J=9.1010 kJ.
• 1 kg tiszta szén (Hü=33800 kJ/kg) eltüzelése:
Eo
Ek
33,8.106 [ J ]
10
7
mo  2   2 

3
,
75
.
10
[
kg
]

3
,
75
.
10
[ g ]  0,375[g ]
16
2
2
c
c
9.10 m / s


• 1kg U-235 valamennyi atommagjának elhasadása
során (Hü=) 8,2.1010 kJ energia szabadul fel:
Eo
Ek
8,2.1013 [ J ]
4
mo  2   2 

9
,
11
.
10
[kg]  0,911[ g ]
16
2
2
c
c
9.10 m / s


Magfizikai alapok
• Nukleáris/kémiai kötött energia aránya:
H ü [U  235] 8,2.107 MJ 

 2,4.106
H ü [tiszta C ]
33,8MJ 
mo [U  235]
0,911g 
6


2
,
4
.
10
mo [tiszta C ] 0,375.106 g 
2. Az atommag felépítése, jellemzői
•
•
•
•
A protonok száma: Z,
A neutronok száma: N,
Tömegszám: A=Z+N
Jelölés:
A
A
A
X

X

X
Z
N Z
X a kérdéses elem vegyjele → azonosítja a rendszámot (Z) → A
és Z alapján N meghatározható, ezért 1H, 16O, 235U.
• mp=1,007276 u ≈mn=1,008665 u,
• mp/me=1,007276 u/0,000549 u≈1835, ill. (mp+mn)/me=3670→ az
atom tömege gyakorlatilag a magban koncentrálódik.
Az atommag felépítése, jellemzői
• Az atommag sugara:
R  const  3 A  1,3.1013 cm
H [ A  1]  R  1,3.1013 cm,
U [ A  238]  R  8.1013 cm,
Rmag  (10 4  105 ) Ratom
Vmag  (1012  1015 )Vatom
• A mag sűrűsége óriási (1014 g/cm3), azaz 1013-szor
nagyobb, mint a köznapi életben megszokott
sűrűség (1-10 g/cm3).
Az atommag felépítése, jellemzői
• Egy elem atommagjában Z számú proton mellett
különböző számú neutron lehet → izotópok.
– 1H, 2H(D), 3H(T),
– 16O, 17O, 18O,
– 233U, 235U, 238U.
• A természetben található stabil izotópok alapján a
következő fő megállapítások tehetők:
– A legtöbb elem különböző izotópok keveréke,
– A kis rendszámú elemeknél Z≈N, (4He: Z=N=2, 16O: Z=N=8),
– A rendszám növekedésével a magban található neutronok
száma egyre nagyobb mértékben meghaladja a protonokét.
A stabil izotópok összetartozó neutron- és
protonszáma [Csom]
Az atommag felépítése, jellemzői
• A magerőtér tartja össze az atommagot → kötési
energia (Eb) → tömegdefektus (ΔM) (Mo az atommag
nyugalmi tömege):
M 
Eb
 Zmop  Nmon  M o
2
c
• Fajlagos kötési energia:
Eb
eb 
A
A fajlagos kötési energia (eb) a tömegszám
függvényében [Csom]
Az atommag felépítése, jellemzői
• 1 kg tiszta C elégetésekor 33,8 MJ/kg.
• 1 kg U-235 valamennyi atommagjának
elhasadásakor:
6,023.1023 [db / m ol] 103 [ g / kg]
hasadás 200[ MeV / hasadás]
235[ g / m ol]
1,60207.1013 [ J / MeV ]  8,21.107 [ MJ / kg]
• 1 kg 2H2O-ban levő valamennyi 2H-atommag 4Heatommaggá történő fúziója:
6,023.1023 [db / m ol]  103 [ g / kg]
fúzió  24[ MeV / hasadás]
18[ g / m ol]
1,60207.1013 [ J / MeV ]  12,9.107 [ MJ / kg]
Az atommag felépítése, jellemzői
• Az atommag csak diszkrét energiájú állapotban
létezhet, azaz az atommagok nívószerkezettel
rendelkeznek:
alapállapot  gerjesztett állapot
 az energianívók közti energia kisugárzásra kerül
3. Radioaktivitás, neutron
magreakciók
• Radioaktív bomlás (neutron- vagy protonfelesleg):
instabil m agok spontánátalakulás stabil(abb) állapot
 részecske kibocsátás
radioaktívizotóp
radioaktívbom lás
• A radioaktív bomlás formái:
–
–
–
–
–
–
–
β--bomlás (negatív bétabomlás),
β+-bomlás (negatív bétabomlás),
K-befogás (inverz bétabomlás),
α-bomlás (negatív bétabomlás),
neutron-kibocsátás,
γ-sugárzás kibocsátása,
izomer átalakulás.
Radioaktivitás
• Időbeli lefolyás: adott radionuklid mikor bomlik el,
nem lehet megmondani. Azt azonban igen, hogy
időegység alatt milyen valószínűséggel bomlik el →
bomlási állandó (λ):
dN
dN
ln 2
dt 1

 N

s 
T1 / 2 
dt
N

• Sugárzás és anyag kölcsönhatása:
– α-sugárzás,
– β-sugárzás,
– γ-sugárzás.
A radioaktív magok fogyása az idő
függvényében [Csom]
Neutron magreakciók
T
(targetmag)
bombázó
részecske
n, H, α-részecske
Neutron magreakciók
• A neutronok elektromosan semlegesek, ezért
könnyen be tudnak hatolni a magba, de kellően nagy
energiával kell rendelkezni, hogy képesek legyenek
legyőzni az atommag (+)-töltése által keltett
Coulomb-gátat.
– Kezdeti szakasz: n v-vel közeledik T felé. A köztük levő
távolság nagyobb a magerők hatótávolságánál →
kölcsönhatás még nem történik.
– Közbenső állapot: n a magerők hatótávolságán belülre
került, azaz belépett a magba, (Eszep-a magba történő
belépés eredményeként felszabaduló energia), a mag
gerjesztett állapotban:
Egerj  Ek (n)  Eszep
Coulomb-gát az atommag körül [Csom]
Neutron magreakciók
A közbenső állapot addig tart, amíg valamely
nukleon akkora energiára tesz szert, hogy kilép vagy
γ-foton kibocsátás formájában szűnik meg.
– Végső szakasz: két reakciótermék X és Y egymástól
távolódó mozgást végez, s köztük már semmilyen nukleáris
kölcsönhatás nem áll fenn.
• A reakció (természetes magfizikai időegység 10-22 s):

n  T 
 K 
 X  Y
T (n, Y ) X
1.részfolyamat
2.részfolyamat
ahol X-termékmag, Y-keletkezett részecske, ill. γ-foton.
Neutron magreakciók
• Teljesülnek a megmaradási elvek:
– nyugalmi tömegeknek megfelelő, nyugalmi energiákat is
figyelembe vevő energia-megmaradás,
– nukleonszám (tömegszám) megmaradás,
– elektromos töltés megmaradás,
– impulzusnyomaték megmaradás,
– impulzus megmaradás,
– paritás megmaradás.
Neutron magreakciók
• K* közbenső mag X,Y reakciótermékké alakulása
különböző módokon (reakciócsatornákon) keresztül
valósulhat meg. A lehetséges reakciócsatornák:
– rugalmas szórás (n,n) reakció,
– rugalmatlan szórás (n,n’) reakció,
– radiációs befogás (n,γ) reakció,
– töltöttrészecske-reakciók: (n,p), (n,d), (n,α)
– neutron-emisszióval járó reakciók: (n,n),
– maghasadási reakció: (n,f).
(f-fisszió, hasadás).
Maghasadási (fissziós) reakció
H1
T
n
+ (2-3)n
H2
szekunder hozadványok
stabil
izotópok
Maghasadási (fissziós) reakció
•
235U (239Pu, 241Pu)
a reakciócsatorna minden
neutronenergiára nyitott; 238U csak ha Eszep+Ek>Ehk
(hasadási küszöbenergia).
Neutron magreakciók hatáskeresztmetszete
  c1 Nnv  c1 N
  nv

N
N db adott típusú atommag 1 cm3-ben (magsűrűség,
cm-3),
n db neutron 1 cm3-ben (neutronsűrűség, cm-3),
Θ az állónak feltételezett atommagok és a v
sebességgel [cms-1] mozgó neutronok
másodpercenkénti találkozásának száma (a találkozó
vagy magreakcióra vezet vagy sem),
Φ neutronfluxus [cm-2s-1].
c1 
Neutron magreakciók hatáskeresztmetszete
• Reakciósűrűség [cm-3s-1]:
R  c2   c1c2 N  N
  c1c2
  N 
R

– σ mikroszkopikus hatáskeresztmetszet 1 magra, egységnyi
neutronfluxusra eső reakciósűrűség [cm2] (ama hatásos
keresztmetszetként képzelhető el, amelyet az atommag a
közeledő neutronnal szemben mutat).
– Σ makroszkopikus hatáskeresztmetszet az egységnyi
neutronfluxusra eső reakciósűrűség [cm-1].
Neutron magreakciók hatáskeresztmetszete
• A hatáskeresztmetszet reakciótípusonként
értelmezhető:
– rugalmas szórás (σes),
– rugalmatlan szórás (σis),
– Szórás: σs= σes+ σis,
– radiációs (capture) befogás (σc),
– maghasadás (σf),
– Abszorpció: σa= σc+ σf,
– Totális hatáskeresztmetszet: σtot= σa+ σs,
– töltöttrészecske-reakciók: σ(n,p), σ(n,d)+ σ(n,α).
σ függ a részecske energiájától (c2-n keresztül)!
4. Maghasadás
• Mind a gerjesztett, mind a spontán hasadásnál
általában két (ritkábban három) középnehéz mag
(primer hasadási termék, ill. hasadvány) és 2-3
(ritkán ennél több) gyorsneutron (hasadási neutron)
keletkezik.
• A közbenső mag sokféle módon hasadhat szét, így
ugyanabból az izotópból (pl. 235U-ból) kiindulva
sokféle középnehéz hasadvány keletkezhet.
• A középnehéz hasadványok energiája zömmel 60 és
100 MeV körül csoportosul (egy nagyobb energiájú
könnyebb és egy kisebb energiájú nehezebb
középnehéz mag keletkezik).
Az energia megoszlása a hasadványok között [Csom]
Az 235U termikus ill. 14 MeV-es neutronok által kiváltott
hasadásánál keletkező hasadványok keletkezési
gyakorisága [Csom]
Maghasadás

90
 143

U  n 236
92 U  36 Kr  56 Ba  3n
235
92
90




33 s
,7 p
év
Kr  ,
90 Rb , 2
90 Sr , 28

90Y ,64
h 90 Zr ( stabilis)
143




,7 d
Ba ,30
s 143 La ,12p 143 Ce ,33
h 143 Pr,13
143 Nd ( stabilis)
• A β- részecskék mellett γ-fotonok is keletkeznek,
ezért a nukleáris üzemanyag, amelyben hasadások
már lejátszódtak igen erős sugárforrás.
• A kiégett üzemanyagban 30-féle hasadás:
– 60 primer
– 200-240 szekunder hasadvány (90Sr T1/2=28 év, 137Cs T1/2=30
év).
Maghasadás
• A hasadványok között sok olyan van, amelynek
neutronabszorpciós keresztmetszete jelentős. Ezek a keletkező
neutronok egy részét elnyelik (neutronfogyasztók). Hatásuk a
reaktorra kedvezőtlen (reaktormérgek). Legjelentősebb a nagy
valószínűséggel (kb. 6,5%) keletkező és igen nagy (106 barn, 1
barn=10-24 cm2) befogási hatáskeresztmetszettel rendelkező
135Xe.
• Prompt (azonnali) neutron: a neutron kibocsátási idejének felső
határa 4.10-14 s. Ezen időn belül lép ki a neutronok 90 %-a (a
legnehezebb könnyű és a legnehezebb nehéz hasadási
termékekből). A maradék 10% a hasadás pillanatában vagy a
még éppen álló magból lép ki.
• A hasadásonkéti neutronok átlagos száma függ
– a hasadó mag típusától és
– a hasadást kiváltó neutron energiájától.
A neutronok eloszlása nátlag körül [Csom]
nátlag értéke néhány izotópra és neutronenergiára
[Csom]
Maghasadás
• A prompt neutronok kibocsátása után a hasadási
termékek még neutronfelesleggel rendelkeznek, és
egymást követő β-emissziók (egyes esetekben nkibocsátással) jutnak el a stabilis izotópig.
• A késő neutronok részaránya kicsi, de a reaktorok
kinetikája és szabályozhatósága szempontjából
fontos szerepet (nélkülük nem beszélhetnénk
magenergia-hasznosításról!).
• A késő neutronok részaránya (β):
–
–
–
β=0,64%,
233U: β=0,26%,
239Pu: β=0,21%.
235U:
Késő neutroncsoportok jellemzői [Csom]
Maghasadás
• A neutron-elnyelésenként felszabaduló hasadási
neutronok átlagos száma:
f

nátlag
a
• A hasadási termékek gerjesztési energiájukat
neutron-kibocsátással, majd γ-emisszióval adják le
(prompt γ-sugarak <10-9 s, energiaspektruma max. 910 eV, átlag 0,7 MeV).
• A η(E) és En=2 MeV:
–
–
–
235U:
nátlag=2,07, En=2,5 MeV,
233U: n
átlag=2,30, En=2,6 MeV,
239Pu: n
átlag=2,08, En=3,1 MeV.
Maghasadás
• Hasadásonként mintegy 200 MeV energia, melyet a
hasadási termékek és a különböző sugárzások viszik
megukkal (nagy része prompt, kisebb része később).
• Radioaktív izotópok előállítása:
– Pl. 59Co(n,γ)60Co.
• Új, hasadóképes izotópok előállítása:
232
  , 24 p
233
  , 23, 5 p
239
Th(n,  ) Th 
233
U (n,  ) U  

238
239
239
  , 27 , 4 d
Pa  
 233U
  , 2, 35 d
Np  
 239 Pu
Pu(n,  ) 240 Pu(n,  ) 241Pu
Maghasadás
• A keletkező izotópok két nagy csoportba sorolhatók:
– hasadási termékek,
– transzurán izotópok.
• Valamennyi hosszú felezési idejű radioizotóp
neutron-magreakciókkal átalakítható rövidebb
felezési idejűvé:
– termikus neutronokkal (n,γ)-reakcióval,
– gyorsneutronokkal (n,2n)- ill. (n,3n)-reakciókkal.
99
100
129
I ( n,2n)128 I
I (n,  )130 I
129
I ( n,3n)127 I
Tc(n,  ) Tc
129
Hosszú felezési idejű hasadási termékek felezési ideje
és termelt mennyisége [Csom]
Hosszú felezési idejű transzurán izotópok felezési ideje
és termelt mennyisége [Csom]
Transzmutáció
• A termikus és gyorsreaktorokból eltávolított,
reprocesszált kiégett üzemanyagból a
hosszú felezési idejű hasadási termékeket és
transzurán izotópokat elválasztják.
• Új üzemanyag részeként behelyezik egy
kemény neutron-spektrumú gyorsreaktorba.
• Energiatermelés mellett a hulladék
ártalmatlanítására is alkalmassá válik.
5. Láncreakció, atomreaktor
• Láncreakció: az egymást követő reakciók
egymáshoz kapcsolódnak, a sorban később
következő reakciók feltételét a megelőző reakciók
teremtik meg.
• Láncreakció az égés is: az oxidáció révén keletkező
hő révén bekövetkező felmelegedés adja az újabb
oxidáció feltételét. Csupán egy szál gyufa
meggyújtásával el kell indítani a folyamatot, és
gondoskodni kell a tüzelőanyag és az oxigén
utánpótlásáról.
• Láncreakciót képezhetnek az egymást követő és
egymásból következő hasadási reakciók. Az elindító
gyufaszál a külső neutronforrásból származó
neutron.
Láncreakciók [Csom]
Láncreakció
• Egy láncszem a neutronciklus (ciklusidő vagy
generációs idő nagyon rövid), és önfenntartó a
láncreakció.
• Atombomba: szabályozatlan divergens láncreakció,
azaz egyre több atommag hasad el, egyre több
energia termelődik időegység alatt.
• Gyorsreaktor: láncreakció szabályozott formában (a
hasadások száma ne növekedjen adott határon túl).
• Termikus reaktor: a gyorsneutronok lassítása
termikus energiáig, s e termikus neutronok váltják ki
az újabb maghasadásokat. A lassítás a
moderátorban valósul meg.
Atomreaktor
• Sokszorozási tényező:
ne átlagosn  szám ciklus elején
k

nb átlagosn  szám ciklus végén
• n-szám a prompt és késői neutronok együttes
száma.
– k=1→n(t)=const → kritikus,
– k>1→n(t) nő → szuperkritikus,
– k<1→n(t) csökken → szubkritikus.
Önfenntartó láncreakció k≥1.
Atomreaktor
• Atomreaktor: a maghasadáson alapuló önfenntartó
láncreakció szabályozott formában, külső
neutronforrás nélkül megvalósító műszaki
létesítmény.
• Gyorsreaktor: a maghasadások döntő részét – a
hasadási neutronok energiájához közeli energiájú
(MeV) neutronok – váltják ki (nem tartalmazhat
lassító közeget (a reaktorok kb. 1%-a).
• Termikus reaktor: a maghasadások döntő részét a
közeg atommagjaival termikus egyensúlyban lévő
termikus neutronok (10-2-10-1 eV) váltják ki. A
gyorsneutronok lassítását (energiacsökkentését) a
moderátor végzi (a reaktorok kb. 99 %-a).
Neutronlassítás
• A hasadás során keletkező neutronok átlagenergiája
2 MeV, a termikus neutronoké 0,01-0,1 V, közel 8
nagyságrend a különbség.
• A neutronok lassítása az atommagokkal történő
rugalmas és rugalmatlan (valószínűsége közel zérus)
szórásokkal valósul meg.
• A szórás előtti és utáni neutronenergiák aránya
mindig ugyanaz, azaz az átlagos logaritmikus
energiacsökkenés (lassítási erélyesség):
E1
 o  ln E1  ln E2  ln
E2
Neutronlassítás
• A lassítási erélyesség ismeretében meghatározható,
hogy átlagosan hány rugalmas szórásra van
szükség ahhoz, hogy a neutron energiája Eo-ról E-re
csökkenjen:
Eo
1 2.106 [eV ] 18,2
ü( Eo  E )  ln
 ln

 o E  o 0,025[eV ]  o
1
•
1H
(ξo=1) átlagosan 18,2 rugalmas ütközés
szükséges.
Atomreaktor, mint hőforrás
• A hasadt uránmagok nukleárisan kötött energiája
felszabadul. A felszabaduló energia nagyobb része
(≈84%) a keletkező részecskék kinetikus energiájává
(Ek) alakul, kisebb részét (≈16%) a különböző
sugárzások viszik magukkal.
• A fűtőelem-tablettákban a nagy sebességű (kinetikus
energiájú) részecskék ütköznek a szilárd
fűtőelemben levő részecskékkel, s az ütközésnél a
részecskék kinetikus energiája hővé alakul.
• Végső soron a sugárzási energia döntő része is hővé
alakul.
• A keletkező hőt folyamatosan el kell vonni!
VVER-440 kazetta (zárt kazettafal)
VVER-1000 (összes PWR) kazetta
(nincs kazettafal)
A reaktor hőteljesítménye
• A reaktor egy elemi δV térfogatrészéből a
maghasadás révén kinyerhető hőteljesítmény:
Q  V f qh
– Σf makroszkopikus hatáskeresztmetszet,
– Φ termikus neutronfluxus a δV térfogatrészben,
– qh≈200 MeV/hasadás=3,2.10-11 J/hasadás
A reaktor hőteljesítménye
• Az atomreaktorok aktív zónája rendszerint henger
alakú. Az R sugarú és H magasságú aktív zóna ncs
számú hűtőcsatornát (fűtőelem körül, kazetta, aktív
zóna), amelyben elvárás az azonos tömegáramú víz:
m R
m cs 
ncs
Q cs  m cs c(Tki  Tbe ) cs
Q  m c(T  T )
R
R
ki
be
R
q'  2rb 2 qb''  rü21qü'''
Hengeres atomreaktor hűtőrendszere (a) és
hűtőcsatornája (b) [Büki]
A hűtőcsatorna-hőteljesítmény és a vonalmenti hőteljesítmény
változása a reaktorsugár (R) ill. a reaktorhossz (H) függvényében
[Büki]
Az üzemanyag-csatorna sugármenti hőmérsékleteloszlása [Büki]
Hűtőközeg, üzemanyag és burkolat
hőmérsékletváltozása a forrócsatornában [Büki]
A hűtőközeg felmelegedése a reaktor sugara mentén
[Büki]
6. Atomerőművek
• Vízhűtésű reaktorok:
– nyomottvizes (PWR, VVER),
– forralóvizes (BWR, RBMK).
• Nyomottvizes reaktorok:
– radioaktív primerkör,
– inaktív szekunderkör.
Lényegében gőzerőmű, GK helyett NGR, alacsony
gőz kezdő jellemzők, telített és nedves gőz a
gőzturbinában, 2-2,5-szer nagyobb munkaközeg
tömegáram.
Nyomottvizes atomerőmű kapcsolása
Forralóvizes atomerőmű kapcsolása
Tüzelőanyag
• Tüzelőanyag: urán-oxid pasztillák (U235 (0,72%) dúsítva: 1,6, 2,4, 3,6 (4-4,5)
% + U-238 (99,27 %).
• Kiégési szint (Hü): 30000-40000
kWnap/kg=(2,6-3,4).1012 J/kg=(2,63,4).106 MJ/kg (fosszilis: 47-6 MJ/kg), a
jelenlegi hasznosítás mellett 5
nagyságrend különbség!
Biztonsági filozófia
1./ Kerámia mátrixú pasztillák, 2500-2800 oC olvadási
hőmérséklettel.
2./ A pasztillák cirkónium-ötvözetű, zárt fűtőelem pálcákban.
3./ A fűtőelem pálcákból kazetták, a kazetták reaktortartályba
helyezve, nyomottvizes (nagynyomású folyadékfázisú) víz
keringtetése, a kazetták hűtése, a hő elvonása a
gőzfejlesztőkben (FKSZ, hurkok, gőzfejlesztők).
4./ Containment vagy hermetikus tér (pmax=5 ill. 1,5 bar) a
radioaktív szennyeződések kikerülése esetén, egy hurokcső
törése esetén az aktivitáshordozók környezetbe való
kikerülésének megakadályozása érdekében.
5./ Inherens (önbiztosító) reaktorok: a teljes primerkör nagy
bórsav-tartalmú víz alatt, medencében (2. generáció).
Az eddigi tapasztalatok: az emberi tévedések a
balesetekben, ezért ezek kiküszöbölése.
GF T-Q diagram
T
.
QR = mhvc(T
. ki-Tbe)
Tki
TS =[PGF]
Tbe
.
tv
QGF = mg.(h1-htv)
.
Q
E
Hőkörfolyamat
6.3. Nukleáris gőzfejlesztő rendszer
• NGR (GF, tv-1): a nukleárisan kötött energia
felszabadítása a reaktorban, az aktív zónában
a keletkező hő elvonása nagynyomású,
folyadékfázisú („nyomott”) áramló hűtővízzel
(296-265 oC), a hűtővíz lehűtése a
gőzfejlesztő csőterében (primerkör), a
gőzfejlesztő köpenyterében a vízgőz
munkaközeg felmelegítése, elgőzölögtetése
(szekunderkör).
VVER-440 fekvő gőzfejlesztő
Régi tápvíz-elosztóval
Új tápvíz-elosztóval
PWR álló gőzfejlesztő
NGR hőteljesítmény
• Reaktor:
 hv c(Tki  Tbe )
Q R  Q ü  M ü H ü  m
• Gőzfejlesztők:
 hv c(Tki  Tbe )  m
 g (h1  htv )
Q GF   pr Q ü   pr Q R   pr m
ηpr=0,99.
6.4. Gőzturbina
• Gőzturbina (1-u, u1-2): a kisnyomású
(44-70 bar) telített (ω≈0,005) vízgőz
termikus energiájának forgási
energiává alakítása.
• Teljesítmény:
    Q

   Q
W
T
C
irrT
1
ηC=0,40-0,45,
ηirrT=0,80-0,85.
pr
C
irrT
ü
ηC nem növelhető!
• p1 nem növelhető 44 bar (ppr=125 bar,
thv=296/265 oC) ill. 70 bar (ppr=160 bar,
thv=336/305 oC).
• Megcsapolásos (regeneratív)
tápvízelőmelegítés.
• ωmax=0,1-0,15→nedvesség-leválasztás,
közbenső túlhevítés frissgőzzel.
• Végnyomás (p2≈0,03 bar) elérte a határt.
VVER-440 CSTH
PWR cseppleválasztó
6.5. Energetikai jellemzők
• Generátor, transzformátor (lásd 6. témakör).
• Kondenzátor-hűtővíz rendszer (lásd 6.
témakör)
• Hatásfok:
 KE

PKE  pr CT  mE Q
ü


  pr C T mE  (0,28  0,34) J E / J ü


Q
Q
ü
ü
• Fajlagos tüzelőhő-felhasználás:
q KE 
1
 KE
3600  (12850 10600)kJ ü / kWh E
6.6. Környezeti hatások
• Radioaktív kibocsátás: légköri és folyékony
→ tisztítás és szigorú ellenőrzés.
• Radioaktív hulladékok („szemét”):
– nagy aktivitású: kiégett fűtőelemek (transzuránok
T1/2=millió év) → néhány ország reprocesszálás +
hulladék nefelin mártixba és hordóba. PA: KKÁT –
kivárás, reménybeli technológia: transzmutáció.
– kis és közepes aktivitású (T1/2 (Co-60)=5,3 év):
feldolgozás az AE-ben, PA: 100 m3/év blokk,
cementmátrix, 200 ill. 400 l hordók, elhelyezés
átmeneti tárolókba (Mo: egyelőre nincs.)
Atomerőművi kibocsátások
PA primerköri kapcsolás
TK30
Hidrogénégetõ
TK20
TK25B001
TK35B001
FKSZ
FET záróvizek
TX08B001
TK35W001
TK25W001
TC20 TC20 TC20
N003 N002 N001
TX09D001-3
2VT
TK36W001
USZ
TC01D001-2
YA32W001
YA42W001
YA52W001
YA00W001
YA12W001
YA22W001
YA62W001
TB80
TR48(58)
TV20/2
TK41D001-3
TE001W001 TE02W001 TE03W001 TE04W001
TK42D001-3
FKSZ
záróvizek
FET
TV20/1
TE01N001
TK52
TK54
TV75
TV55
TE03N001
TV61/3
TE03N002
TV61/1
TK80-82
TK84-86
K-220-44 gőzturbina
KSZ
CSUH
KSZ
TH2
CS
TH1
NNY
GF
KNY
KNY
3 db
Leiszapolás
pótvíz
2 db
K
3 db
NX01
KT
NX02
NX10
E8
E7
E6
E5
NX08
E4
E3
E2
E1
NX12
GTT
NX07
NX13
5 db
N2H4
NX06
CSH
AH
NX11
Paksi Atomerőmű
Paksi Atomerőmű
Paksi Atomerőmű
Paksi Atomerőmű
Paksi Atomerőmű