Kémia az atomerőművekben
és az uránbányákban, és a hulladéktemetőkben, és...
Fűtőanyagciklus
2,5 Mt
ércfeldolgozó 0,1% 0,7% 2000t
bánya
• a hulladék sugároz ⇒ amit lehet újra fel kell használni • ami hasznos, ki kell nyerni pihentetés
235+238U
dúsító
300t
3,0% 314t
239+241Pu
3t
!!
fűtőanyag gyártás
0,9% reprocesszáló pihentetés reaktor üzem 300t
15-30 m3 temetés
hasznos nuklidok
Atomenergia : miért van szükségünk rá?
GDP Per Capita $1000
100 10 1 0.1 0.01 0.01
Japan United States Norway U. Franc Canada K. e Argenti Kore Brasil a na Peru Russia GuatemalEgypt Romani Paragua a China a Haiti y India Benin Sudan Vietna Tajikist Mozambi an Ethiopi Congom que a
0.1
1
10
Electricity Consumption Per Capita MWh
100
Megújuló energiaforrások
Megújuló energiaforrások II. • Nap – – – – –
ott a legkevesebb, ahol legjobban kellene tárolás direkt módszer (gőz): nagyfelületű tükrök napelem: rossz hatásfok, előállítása szennyez „bio”-módszer (repce, alkohol, akác): nagy terület, szennyez – űrbe telepített erőművek: plusz energiabetáplálás, drága
•
Magyarországon: – 1900-2200 napos óra – teljes hasznosítható energia: 1250 kWh/m2/év (440 MW kb. 3 km2)
Megújuló energiaforrások III. • Szél – – – –
•
kevés „igazán” szeles hely nagy terület, klímaváltozás tárolás zaj
Magyarországon – kis szélsebesség, sok szélcsendes óra
• Víz – kevés használható folyó – nem a felhasználás helyén termelik – nagyléptékű környezetátalakítás
•
Magyarországon – síkvidéki folyók
• Megoldás? – – – –
drága energia jobb hatásfok szigetelés szokások változtatása
Vélekedések 1979 Helyezés/ halálok
halálozások Női szavazók Középszáma Ligája iskolások
Managerek
1. dohányzás
150 000
4
3
4
17. rendőri munka 20. atomenergia
160
8
8
7
100
1
1
8
2004 Az USA lakosságának 67%-a jónak tartja, 26%-a ellenzi az atomenergiát. (www.nei.org)
Atomerőművek • „normális” erőművek – indukált maghasadással termelnek hőt – a hővel gőzt fejlesztenek – a gőzzel turbinát hajtanak, áramot termelnek
• üzemanyaguk: indukált hasadásra képes nuklidok 235U, 238U, 233U 232Th 239+241Pu
A bánya kémiája
2,5 Mt bánya
ércfeldolgozó 0,1% 0,7% 2000t
Tórium monazit (Ce, La, Pr, Nd, Th, Y)PO4
Urán uránszurokérc (U3O8) UO2 : 2 UO3 kitermelés: 0,5% fölött
Arányok
U
kőzet
Kémiai lépések őrlés, kénsavas oldás ammónia (NH4)2U2O7 hevítés U3O8
Dúsítás 0,7% 2000t 235+238U
dúsító
300t
3,0% 314t
239+241Pu
3t
!!
fűtőanyag gyártás
Arányok
238U
235U
urán
Kémiai lépések oldás, tisztítás (salétromsav, szerves extrakció)
hidrogénfluorid, fluor, hő
dúsítás
A dúsítás technikája
235U
238U
gázdiffúzió
centrifuga
Kémia a reaktorban
reaktor
Atomerőművek Paks: nyomottvizes reaktor
Maghasadás
• •
maghasadás ⇒ új neutronok keletkeznek moderátor lelassítja őket ⇒ újabb hasadás
• • •
kontrollálatlan folyamat: atombomba kontrollált: atomerőmű kontroll eszköze: neutronelnyelő szabályozórudak (B, Cd)
Atomreaktorok - A reaktormag szabályzórúd moderátor fűtőelemköteg
hűtés, hőcsere
Új elemek
hasadási termékek
Új elemek - 2. hasadási termékek: 90Sr,
99Tc,
transzuránok: 239+241Pu 241Am
131I,
135Xe,
137Cs
Következmények
pellet
fűtőanyag rúd
“Mellékkörülmények” szerkezeti anyagok aktiválódása korrózió lerakódások
Spinell-típusú oxid CrxNiyFe3-x-yO4 Cr-ban és Ni-ben dús ausztenit fázis Ausztenites korrózióálló acél tömbfázis
d = 1 -2 µ m A fe l ü le ti v é d ő ré te g te lje s v a s ta g s á g a
O x id ré te g v a s ta g s á g a d < 0 ,5 µ m
Amorf Fe-hidroxid (Fe(OH)3 vagy/és FeOOH)
Amorf Fe-hidroxid (Fe(OH)3 vagy/és FeOOH) Spinell-típusú oxid CrxNiyFe3-x-yO4
Cr-ban és Ni-ben dús ausztenit fázis Ausztenites korrózióálló acél tömbfázis
d = 1 -1 2 µ m A fe l ü le ti v é d ő ré te g te lje s v a s ta g s á g a
Kristálylerakódás
A k é m ia i d e k o n ta m in á lá s s a l ö s s z e fü g g é s b e n k ia la k u lt " h ib rid " s z e rk e z e tű o x i d r é te g d > 0 .5 µ m
sugárveszély
Kitlérő: Paks 129I, 131I
szabadult ki
megkötésre: hidrazin (H2N-NH2) redukálószer és rakétahajtóanyag!
(hidrazin + rozsda ==>
hidrogén)
Újrafeldolgozás 235+238U
300t 239+241Pu
!!
3t
0,9% reprocesszáló pihentetés üzem 300t hasznos nuklidok
Fűtőanyag feldolgozás
oldás salétromsavban gázok extrakció műgyanták “robbanásveszély!”
PUREX, DIAMEX, TUREX
Temetés
temetés
“Takarítás” pihentetés hasznos nuklidok kinyerése térfogatcsökkentés szigetelés temetés
“Takarítás” - 2.
vizes, karbonátos oldat
“Takarítás” - 3. Nagyon hosszú idő, de…
Oklo, Gabon: természetes reaktor
Cigar Lake, Kanada: magas urántartalmú közet
