Tanulási segédlet I. és II. Nukleáris Erőművek c. tárgyhoz (távoktatás képzés) Dr. Rácz Ervin, Ph.D. egyetemi docens e-mail:
[email protected] iroda: Bécsi út, C. épület, I. emelet, 124. szoba telefon: 06/1-666-5830 Órák időpontjai: szeptember 24., november 05. (szombati napok) Számonkérés, érdemjegyek: Értékelés módja: Évközi jegy Megajánlott jegyek (elégséges (2) és közepes (3) megajánlható) Megajánlott jegy feltétele és kiszámítása: önálló esszémunka leadása határidőre + 1. ZH kötelező megírása, továbbá az esszémunkára kapott pontszám és a ZH pontszámának összegéhez rendelt érdemjegy. Aki jobb jegyre vágyik, azaz jó (4) és jeles (5) érdemjegyek szerzésének a LEHETŐSÉGE: 2-dik ZH-t meg kell írnia jó (4) és/vagy jeles (5) jegyeket érő pontszámokra 1. ZH időpontja: november 5-én vagy későbbi időpontban. 1 ZH időpont rögzítése az első találkozás alkalmával szeptember 24-én. 2. ZH időpontja: aki szeretné annak kb. a szorgalmi időszak 13-adik hetében, de megbeszélés szerint rögzítve. Érdemjegy számítása: 1. ZH: max 25 pont szerezhető 2. ZH: max 25 pont szerezhető Önálló esszémunka: 50 pont szerezhető -- összesen maximum 100 pont szerezhető Ponthatárok a félévközi érdemjegy számításához: 0 – 50 pont: elégtelen (1) 51 – 63 pont: elégséges (2) 64 – 75 pont: közepes (3) 76 – 87 pont: jó (4) 88 – 100 pont: jeles (5)
Önálló, kidolgozható esszétémák: 1. Reaktortípusok ismertetése és az egyes típusok leíró elemzése a felhasználásuk módja szerinti csoportosításban 2. Atomreaktorok generációi, avagy az 1., 2., 3., 4. generációs atomerőművek jellemzői és összehasonlítása 3. Magyarországi atomerőmű I. - Paksi Atomerőmű (leírás, működéselemzés, bemutatás és összehasonlítás a funkciók és a működés alapján, jelen és múlt) 4. A Paksi Atomerőmű jövője (élettartam-hosszabbítás, felújítások, feladatok) 5. A Paks II. projekt (a Paks II. projekt elemzése- amit eddig tudni lehet) 6. A MIR 1200 típusú reaktorblokk (a MIR 1200 reaktorblokk leírása, jellemzése) 7. Magyarországi atomreaktor II. - BMGE tanreaktora (leírás, működéselemzés, bemutatás és összehasonlítás a funkciók és a működés alapján, jövőkép) 8. Magyarországi atomreaktor III. - KFKI telephely atomreaktora (leírás, működéselemzés, bemutatás és összehasonlítás a funkciók és a működés alapján, jövőkép) 9. Atomerőművek „híres – hírhedt” balesetei. A nagyobb és fontosabb atomerőmű balesetek összeírása, mindegyik leírása, okok és miértek, tanulságok, konzekvenciák,.. 10. Reaktorbiztonság, sugárvédelem, környezetvédelem, hulladékkezelés, avagy az atomerőmű és az élő természet kapcsolata. – Általános ismertetés. Leírás, állapot, elemzés, hiányosságok, előnyök – hátrányok, ... 11. Nukleáris hulladékok kezelése Magyarországon (magyarországi nukleáris hulladék lerakók, temetők) 12. Az energiatermelés vezérelvei és a nukleáris energiatermelés szerepe nemzetközi viszonylatban 13. Az atomerőművi energiatermelés helye és szerepe a magyar energiatörvényben (a Magyar Energiatörvény elemzése az atomerőművel történő energiatermelésre, elosztásra fokuszálva) 14. Atomreaktor vagy más alaperőmű Magyarországon (kell-e alaperőmű Magyarországon? Ha kell, atomerőmű legyen-e alaperőmű Magyarországon?) Az esszétémákat 10 – 20 oldal terjedelemben, szövegszerkesztett formában kell elkészíteni A/4-es lapméretre, 1-es sorközzel, 12-es betűmérettel.. stb. Az esszé munkában minden felhasznált forrás és segédanyag hivatkozásszintű megjelölése, sorszámozott listában való felsorolása a dolgozat végén kötelező! Hivatkozások megadása nélkül a munka nem elfogadható. Beadás elektronikus fájlban, e-mailben. Beadási határidő: 2016. december 03., szombat, 23:59h.
Kötelező irodalom: Jegyzet: Dr. Rácz Ervin: Nukleáris Erőművek (OE KVK 2119) Letölthető a MOODLE-ből, az elektronikus jegyzetek rész alól.
Egyéb, ajánlott segédanyagok: Tanulási segédlet I. (Az 1. ZH anyaga)
1. Az atommagfizika elemei Balázs Zoltán – Dr. Sebestyén Dorottya: Fizika, OE KVK egyetemi jegyzet 2065 A magfizika fejezet megtanulása szükséges a tárgy alapjainak elsajátításához A fejezet tanulása során helyezzük a hangsúlyt a fogalmak jelentéseinek pontos megtanulására. Legfontosabb fogalmak és megtanulandók ehhez a részhez: i. Radioaktív sugárzás felfedezése, Becquerel munkája ii. Marie Curie és Pierre Curie munkássága (rádium, polónium feltalálása) iii. Az atom mazsoláskalács modellje, Thomson 1897 iv. A Geiger-Marsden – kísérlet, avagy Rutherford szórási kísérlete, a kísérlet leírása, eredményei és az eredmények magyarázata (az atommag létezése) v. A magsugár fogalma, jelentése, definíciója vi. A magtöltés; az atom tömege, az atomi tömeg egység (ATE) definíciója vii. A tömegszám definíciója viii. Az atommag sűrűsége ix. Az atommag összetétele, a neutron felfedezése (Chadwick), Heisenberg és Tamm alapmunkái a neutronról x. Meghatározások: nukleon, izotópok, izobárok, izotónok xi. Az izotóptérkép és jelentése, olvasata. xii. Magmomentumok, magspín definíciója, Bohr-magneton definíciója, magmagneton definíciója xiii. Magerők jelentése, értelmezése. Yukawa xiv. Az erős kölcsönhatás meghatározása xv. Az atommag egyszerű modelljei. A kötési energia fogalma és értelmezése. A cseppmodell alapja. A héjmodell alapja (csak vázlatosan, azt kell tudni mi a modell alapja, mire épül.) 2. Magsugárzások detektálása és detektorai Kiss Dezső, Horváth Ákos, Kiss Ádám: Kísérleti atomfizika, ELTE Eötvös Kiadó, Budapest, 1998. , 10. Fejezet. 246 – 267. oldalig
A fejezet tanulása során a lényeg a detektorok osztályozásának ismerete, az egyes detektor osztályokba tartozó detektorfajták ismerete és az adott detektorfajta működésének ill.a működés alapmechanizmusainak ismerete, továbbás a detektorok alkalmazási területei Pl. a fotoeklektron sokszorozó, mint detektor, melyik detektorcsaládba tartzik? Hogyan működik? Mire használják? Legfontosabb tudnivalók címszavakban: i. A detektor fogalma, meghatározása. A részecske detektálás fizikai alapja (anyag és sugárzás kölcsönhatása) ii. Detektor típusok vagy osztályok: 1. Gáztöltésű számlálók, 2. Szcintillációs számlálók 3. Félvezető detektorok 4. Cserenkov-számlálók 5. Részecskenyom-detektorok 6. Neutrínó detektorok iii. Gáztöltésű számlálók: 1. Ionizációs kamra 2. Proporcionális számláló 3. Proporcionális kamra 4. Driftkamra 5. A Geiger-Müller számláló (GM cső) 6. Szikrakamra iv. Szcintillációs számlálók (def., felépítés): 1. A szcintillátor 2. A fotoelektron sokszorozó (fotomultiplier) v. Félvezető detektorok (működési elv) 1. Ionizációs kamrával való összehasonlítása 2. Főbb alkalmazási körök vi. Cserenkov-számlálók: 1. A Cserenkov-sugárzás 2. A Cserenkov-számláló vii. Részecskenyom detektorok: 1. A ködkamra, Wilson-féle ködkamra 2. A buborékkamra 3. Szilárdtest nyomdetektorok viii. Neutrínó detektor 1. Számlálós neutrínó detektor
3. A nukleáris fizika története, a nukleáris energetika születése Simonyi Károly: A fizika kultúrtörténete c. könyv a magfizika történetével foglalkozó fejezete ajánlott. (az oldalszám könyvkiadásonként változik) A magfizika és a nukleáris fizika kronológiája a lényeg. Fontosabb események, mérföldkövek kikhez köthetők és mikor történtek. Csak a legeslegfontosabb évszámokat kell ismerni. Legfontosabb tudnivalók címszavakban: i. Alkímia – elemek egymásba alakíthatók ii. Lavoisier – kémiai elem iii. Röntgen – x-sugarak, 1895 iv. Becquerel és a Curie házaspár munkássága, radioaktivitás, 1903 v. Rutherford és munkássága 1. Bomlástörvény felfedezése 2. Spontán radioaktivitás 3. Rutherford atommodellje 4. Az első mesterséges magátalakítás, 1919 vi. Magsugárzások: 1. Alfa-sugárzás 2. Beta-sugárzás 3. Gamma-sugárzás vii. Soddy – az izotóp fogalma viii. Gamow – elektron nem lehet az atommagban ix. Chadwick – neutron felfedezése, 1932 x. Bothe, Geiger, Webster – alfa részecskék használata magkisérletekhez, gamma-sugarak előállítása xi. Cockroft, Walton – az első magátalakítás mesterségesen gyorsított részecskékkel xii. Elsasser – független részecske atommag modell xiii. Weizsäcker – cseppmodell xiv. Bohr – közbülső mag elmélete xv. Fermi – Felvetés: a nehéz magok esetleg széthasíthatók neutronnal való bombázásukkal (ötlet), 1934 xvi. Joliot Curie, Cavić – mag hasítása neutronnal való bombázással (nincs igazolva a kísérlet eredménye), 1938 xvii. Otto Hahn, Meitner, Strassmann – urán atommag hasítása neutronnal való bombázás eredményeként (igazolt kísérlet), 1938 xviii. Hahn, Bohr, Halban, Szilárd Leó... – maghasadásnál neutron(ok) is keletkezik/keletkeznek, 1939 xix. Fermi – az első láncreakció, 1942
xx. Atombomba 1. Első tesztrobbantás, 1945 2. Hirosíma, 1945. augusztus 6. 3. Nagaszaki, 1945. augusztus 9. xxi. Teller Ede – hidrogénbomba ötlete, 1945 xxii. Az első atomerőművek 1. 1951, az első atomerőmű 250 kW villamos energia termelés 2. 1954, az első villamos hálózatra dolgozó erőmű 3. 1956, az első számottevő teljesítményű erőmű, 60 MW
4. Az atomreaktor Kiss Dezső, Horváth Ákos, Kiss Ádám: Kísérleti atomfizika, ELTE Eötvös Kiadó, Budapest, 1998. , 13. Fejezet. 312 – 323. oldalig A fejezetet tanulva az elvek és működési mechanizmusok megértése a cél. Legfontosabb ismeretanyag címszavakban: i. A maghasadás 1. A bomlás definíciója 2. A maghasadás definíciója 3. A maghasadás alapmechanizmusa 4. A maghasadáskor energia szabadul fel ii. A láncreakció 1. Feltétele 2. A nukleáris reaktor fogalma, definíciója 3. A reakcióban termelődő neutronok, mint a folyamat kulcsszereplői 4. Reaktor és a neutronok kapcsolata iii. Neutronok lassítása 1. Gyors neutron nem jó, lassítani kell 2. A moderátor, meghatározás, definíció 3. Termikus neutron fogalma, definíciója 4. A moderátor közeg jellemző mennyiségei 5. Moderátor közegek (néhány példa) iv. Reaktorok szabályozása 1. A hasadóanyag kazetták alakja 2. Szabályozórudak 3. Szabályozórudak szerepe (hogyan szabályoz?)
4. Szabályozórudak leengedése a hasadóanyag közegbe (mi történik ekkor?) 5. Szabályozórudak kiemelése a hasadóanyag közegből (mi történik ekkor?) v. Egy atomreaktor elvi sémája 1. A sémarajz alapján el kell tudni magyarázni hogyan működik egy ideális atomerőmű. Az ideális atomreaktor működésének elvi séma rajza az interneten elérhető. Ajánlott séma: http://en.wikiversity.org/wiki/Power_Generationnuclear_Power Oldalon található rajzok tanulmányozása.
Tanulási segédlet II. (A 2. – választható – ZH anyaga) 1. Reaktortípusok, a felhasználás módja szerinti csoportosításban: (esszétémaként kiadva) 2. Atomreaktorok generációi: (esszétémaként kiadva) 3. Magyarországi atomerőművek: A fejezet tanulásakor a cél a magyarországi atomerőművek céljainak és feladatainak megismerése. Az ismeretek tanulásakor érdemes a funkcionalitásra fókuszálni, azaz megismerni miért, milyen céllal működik az adott erőmű? Mi az alapkonstrukció? Milyen típusú az erőmű? Tanuláshoz az alább felsorolt szabadon elérhető internetes oldalak ajánlhatók: A paksi atomerőmű i. http://atomeromu.hu/ ii. http://atomeromu.hu/atomeromu iii. http://atomeromu.hu/a-paksi-atomeromu-felepitese A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Intézet tanreaktora i. http://www.reak.bme.hu ii. http://www.reak.bme.hu/toertenet.html iii. http://www.reak.bme.hu/toertenet/epites.html
iv. http://www.reak.bme.hu/toertenet/1971_avatas.html v. http://www.reak.bme.hu/toertenet/hoskor.html vi. http://www.reak.bme.hu/kutatas.html A KFKI Telephelyen működő kutatóreaktor i. http://aekiweb.web.kfki.hu/index.php?contentid=76&editcont ent=yes&lang=hu ii. http://www.kfki.hu/aeki/organisation_hu.htm iii. http://aekiweb.web.kfki.hu/ iv. http://aekiweb.web.kfki.hu/index.php?contentid=66&editcont ent=yes&lang=hu v. http://aekiweb.web.kfki.hu/index.php?contentid=111&editcon tent=yes&lang=hu vi. http://www.youtube.com/watch?v=BKiWTTxBlA&feature=related 4. Mini atomerőművek: A fejezet megtanulásához az előadó honlapján az oktatási anyagok link alatt elérhető – „Mini atomerőművek” – pdf. anyag szolgálhat. 5. Természetes reaktorok: A fejezet tanulásához az alábbi linkről elérhető három pdf. anyag ajánlott. Az anyagok a föld felszínén található és az ég fúziós reaktoraiba nyújt betekintést. http://atomeromu.hu/termeszetes-reaktorok 6. Fúziós erőművek: A jövő energiatermelésének egyik nagy lehetősége a magfúzió barátságos célokra, azaz pl. energiatermelésre való felhasználása. A fúzió során a maghasadáskor felszabaduló energia sokszorosa szabadul fel. Ha ez az energia „befogható” lenne, igazi nagyerőművek lennének építhetők, amelyek nagy régiók, ország csoportok, kontinens részek, stb. energia ellátását is lehetővé tennék. A fúziós energiatermelés kulcsa a plazmafizika. Mindeddig két alapvető fúziós energiatermelési koncepció bontakozott ki, melyeket a Lawson-kritérium különít el egymástól. … stb. A mágneses összetartású fúzióhoz tartozó fejezetrész megtanulásához az alább megadott linkről indítható 16 oldalas html oktatási anyag szolgál. A lézerfúzióhoz, az előadó honlapján az oktatási anyagok link alatt talál anyagot.
a magfúzió és használata energiatermeléshez: lézerfúzió http://uni-obuda.hu/users/racz.ervin/elektronikus_tananyagok.htm fúzió a plazma mágneses összetartása révén http://www.matud.iif.hu/07jan/10.html http://magfuzio.hu/tanulmanyok/magneses-osszetartas/
7. Reaktorbiztonság, sugárvédelem; Atomerőművek balesetei; Atomerőmű és környezetvédelem; Hulladékkezelés (esszétémaként kiadva)
