A KÉMIA ÚJABB EREDMÉNYEI
A KÉMIA ÚJABB EREDMÉNYEI 97. kötet
Szerkeszti
CSÁKVÁRI BÉLA A szerkesztĘbizottság tagjai
DÉKÁNY IMRE, FARKAS JÓZSEF, FONYÓ ZSOLT, FÜLÖP FERENC, GÖRÖG SÁNDOR, PUKÁNSZKY BÉLA, TÓTH KLÁRA, TėKE LÁSZLÓ, VÉRTES ATTILA, WOJNÁROVITS LÁSZLÓ, ZÁRAY GYULA
AKADÉMIAI KIADÓ, BUDAPEST
A KÉMIA ÚJABB EREDMÉNYEI 97
AKADÉMIAI KIADÓ, BUDAPEST
Megjelent a Magyar Tudományos Akadémia támogatásával
ISBN 978 963 05 8463 0 Kiadja az Akadémiai Kiadó, az 1795-ben alapított Magyar Könyvkiadók és KönyvterjesztĘk Egyesülésének tagja 1117 Budapest, Prielle Kornélia u. 19. www.akkrt.hu www.szakkonyv.hu ElsĘ magyar nyelvĦ kiadás: 2007 © Aszódi Attila, Boros Ildikó, Légrádi Gábor, Nagy Gábor, Varga Kálmán, Szabó Andrea, Buják Renáta
Minden jog fenntartva, beleértve a sokszorosítás, a nyilvános elĘadás, a rádió- és televízióadás, valamint a fordítás jogát, az egyes fejezeteket illetĘen is. Printed In Hungary
TARTALOM
ElĘszó (WOJNÁROVITS LÁSZLÓ) .................................................................................................
7
ASZÓDI ATTILA, BOROS ILDIKÓ, LÉGRÁDI GÁBOR: A 2003-as paksi üzemzavar mĦszaki okai és lefolyása ........................................................................................................................... 11 VARGA KÁLMÁN, SZABÓ ANDREA, BUJÁK RENÁTA: Radioaktív szennyezĘdések atomerĘmĦvekben ......................................................................................................................... 65 NAGY GÁBOR: Cirkóniumötvözetek és korróziójuk atomerĘmĦvekben .................................... 127
ELėSZÓ
Az 1942-ben, Chicagóban megvalósított elsĘ sikeres „atommáglya” kísérletek óta eltelt mintegy hat évtizedben kb. 500 nukleáris erĘmĦvet létesítettek és üzemeltettek elsĘsorban elektromos áram termelésére, de több erĘmĦvet helyeztek üzembe fĦtés, illetve jármĦhajtás (hajók, tengeralattjárók) céljára is. A békés célú alkalmazások között említjük meg a kutató, illetve kísérleti reaktorokat melyeket gyakran intenzív neutronforrásként magfizikai vizsgálatokra, izotópelĘállításra vagy szerkezeti anyagok sugártĦrésének vizsgálatára alkalmaznak. Nagy számban terveztek és építettek atomreaktorokat kizárólag katonai rendeltetéssel is. Az atomreaktorok többségében hĦtésre, energiaátvitelre, a neutronok lassítására, moderálására vizet alkalmaznak: az áramló magas hĘmérsékletĦ víz elĘidézi a szerkezeti anyagok erózióját, illetve korrózióját. E folyamatok során képzĘdĘ oldott és diszperz korróziótermékek, elsĘsorban vas-oxidok feldúsulhatnak a hĦtĘkör belsĘ felületein és eltömĘdéseket okozhatnak, ez utóbbi veszélyeztetheti az üzemmenetet. További gond, hogy a hĘhordozóba jutó korróziótermékek a neutronok hatására felaktiválódhatnak, radionuklidok keletkezhetnek (60Co, 58Co, 51Cr, 54Mn stb.) ami megnöveli a csĘvezetékek mentén és a hĘcserélĘkben a radioaktív sugárzás szintjét. A felületek radioaktív szennyezĘdése, az ún. kontamináció csökkentése rendkívül fontos elsĘsorban a karbantartó személyzet dózisterhelésének csökkentése céljából. Ehhez hatékony mentesítési, ún. dekontaminációs eljárásokra van szükség. A feldúsult radionuklidok eltávolítására a Paksi AtomerĘmĦ 1-es, 2-es és 3-as blokkjainál nagy számban alkalmaztak vegyszeres dekontaminálást. A hĘcserélĘk hĘátadó felületeinek dekontaminálását követĘen mobilis korróziótermékek maradtak a kezelt acélfelületeken. Ezek egy részét a hĦtĘközeg a reaktorzónába szállította, aminek következtében az üzemanyag-kazetták hĦtĘcsatornái részlegesen eltömĘdtek. A dekontamináció következtében jelentkezĘ lerakódások végeredményben tehát a reaktorblokkok teljesítménycsökkentését tették szükségessé. Ezért került sor a lerakódásokkal terhelt üzemanyag-kazetták vegyszeres tisztítására. A Framatome ANP cég által tervezett, kikivitelezett és üzemeltetett tisztítóberendezés konstrukciós hibái mellett több kedvezĘtlen tényezĘ együttesen vezetett a 2003. április 10-i üzemzavarhoz, melynek során 30 db. üzemanyag-
8
WOJNÁROVITS LÁSZLÓ
kazetta a tisztítótartályban összetöredezett. Ez, illetve az üzemzavart követĘ hosszas kényszerszünet súlyos anyagi károkat okozott. Ugyanakkor szerencse a szerencsétlenségben, hogy az üzemzavar következtében csupán csekély menynyiségĦ radioaktív anyag jutott a környezetbe. A jelen könyv elsĘ, A 2003-as paksi üzemzavar mĦszki okai és lefolyása címĦ része összefoglalja az üzemzavarhoz vezetĘ fĘ okokat, valamint a szerzĘk (Aszódi Attila, Boros Ildikó és Légrádi Gábor, Budapest MĦszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Nukleáris Technikai Intézet) által elvégzett üzemzavarelemzéseket. A fejezet kitér a helyreállítás tervezett lépéseire is. A sérült üzemanyag-kazetták kiemelésének és a törmelék összegyĦjtésének tervezett idĘpontja 2006 vége volt. A paksi nemkívánatos események végül is a kémiai dekontamináció felületkémiai és korróziós következményei elhárítása során elkövetett hibákra vezethetĘk vissza. A könyv második fejezetében Varga Kálmán, Szabó Andrea és Buják Renáta, a Veszprémi Egyetem Radiokémia Tanszékének oktatói (tanulmány címe: Radioaktív szennyezĘdések atomerĘmĦvekben) a radioaktív szenynyezĘdések kialakulásával és azok felszámolásával kapcsolatos ismereteiket foglalták össze. Mint azt a szerzĘk megjegyzik „ideális” reaktorokban a hasadványtermékek és aktinoidák nem juthatnak ki a fĦtĘelemekbĘl. Ezzel szemben a jelenleg üzemelĘ reaktoroknál normál üzemmód mellett számolnunk kell olyan folyamatokkal, amelyek során radionuklidok lépnek ki a reaktortartályból és kontaminációt okozhatnak a teljes hĦtĘrendszerben. Radioaktív kontaminációt okoz a szerkezeti anyagok és a hĘhordozóba kerülĘ korróziós termékek már említett felaktiválódása és transzportja is. A szerzĘk a fejezetben rövid áttekintést adnak az izotópos nyomjelzéstechnika alkalmazhatóságáról a kontaminációs-dekontaminációs kutatásokban, összefoglalva a mérés- és alkalmazástechnikai fejlesztéseket, a vizsgálati eljárásokat. Példákon keresztül mutatják be a nyomjelzéses módszerek alkalmazhatóságágát a fĘbb korróziós termék radionuklidok kontaminációs folyamatainak megismerésében. Tematikusan tárgyalják a kémiai dekontaminációs technológiákat. A cirkónium neutronbefogási hatáskeresztmetszete nagyon kicsi, gyakorlatilag nem nyeli el a maghasadási láncreakcióban keletkezĘ neutronokat. Ezért a cirkónium ötvözeteinek nagyon fontos szerepe van az atomreaktorok technológiájában: az urán-dioxid üzemanyagot cirkóniumötvözetbĘl készült csötokokban helyezik el, de használják ezeket az ötvözeteket az atomreaktorok egyéb szerkezeti anyagaiként is. A jó mechanikai és hĘtani tulajdonságok biztosítása céljából az ötvözeteket standardizálják. Így a Paksi AtomerĘmĦben 1% nióbiumtartalmú cirkóniumot használnak. A harmadik fejezet, Nagy Gábor (KFKI Atomenergiakutató Intézet) Cirkóniumötvözetek és korróziójuk atomerĘmĦvekben címĦ tanulmánya bemutatja az atomreaktorokban használt különféle ötvözetek korróziós jellemzĘit különös tekintettel a Paksi AtomerĘmĦben alkalmazott nióbiumtartalmú cirkóniumötvözet korróziós sajátságaira. A tanulmány ismerteti a használt fĦtĘelem-burkolat korróziójának üzemviteli tapasztalatait.
ELėSZÓ
9
A Kémia Újabb Eredményei sorozat jelen kötetével, az üzemzavar bemutatásával, kémiai hátterének elemzésével egyrészt a tisztánlátást kívántuk elĘsegíteni, másrészt pedig arra törekedtünk, hogy három hazai mĦhely a tématerülettel kapcsolatos dolgozatán keresztül megmutassuk, hogy a tudományos kutatások hogyan járulnak hozzá az erĘmĦvek biztonságos üzemeltetéséhez. Wojnárovits László a kötet szerkesztĘje
