Tematika 1. Az atommagfizika elemei 2. Magsugárzások detektálása és detektorai 3. A nukleáris fizika története, a nukleáris energetika születése 4. Az atomreaktor 5. Reaktortípusok a felhasználás módja szerinti csoportosításban 6. Atomreaktorok generációi 7. Magyarországi atomreaktorok 8. Mini atomerőművek, mini atomreaktorok 9. Reaktorbiztonság, sugárvédelem 10. Atomerőmű balesetek 11. Atomerőmű és környezetvédelem 12. Fúziós erőművek 13. Természetes reaktorok 11. előadás
Reaktorbiztonság, sugárzásvédelem, környezetvédelem, hulladékkezelés,
11. előadás
Reaktorbiztonság alapjai • Mindennél fontosabb paraméter az atomerőmű fizikában. • Rendkívül bonyolult és összetett terület a mindenre kiterjedő biztonság szavatolása. • A reaktorok biztonsági rendszerének fő feladata: Meg kell akadályozza, hogy a sugárzás vagy az esetleges radioaktív szennyezők kijussanak a természetbe normális üzem és egy reaktorbaleset esetén is. • Többszörös védelmi vonal. Normális és nemnormális üzemre is kiterjedően.
11. előadás
Sugárzás árnyékolása 1.
Első védelmi vonal: A sugárzó, vagy a normális üzem közben felaktiválódott anyagok (pl. hűtővíz) nem kerülhetnek ki a reaktorterületről. o
2.
Reaktortartály minősége (alapanyag, hegesztések, varratok)
A második védelmi vonal: o
o
Konténment vagy teljes nyomású konténment • Közel gömb alakú betontömb, ami körülveszi a reaktortartályt. • Védelmet biztosít a reaktornak a külső hatások ellen is Lokalizációs torony vagy kondenzációs nyomáscsökkentő • Orosz fejlesztésű reaktoroknál jellemző • A toronyban a nyomást alacsony értéken tartják a levegő a torony felé áramlik, tehát irányított áramlást hoznak létre • Vízzel telt tálcákon áthaladva lekondenzálódik az anyag • Sprinkler rendszer – bóros víz szétporlasztása • Nem képes védeni a reaktort a külső hatások ellen • Nem teljes nyomású konténmentnek is nevezik
Ha e két védelmi vonal létezik és jól működik, akkor egy közepesig skálázható üzemi balesetig jól meg tudja akadályozni a radioaktivitás kikerülését a környezetbe. 11. előadás
Radioaktív sugárzások 1.
Alfa-sugárzás: o o o
2.
Az atommagból egy hélium atommag lép ki. Hélium atommag = 2 proton +2 neutron Erősen ionizáló, de a hatótávolsága levegőben 1 cm alatti
Béta-sugárzás: o o o o
3.
Az atommagban neutronból proton lesz elektron kibocsátás közben V alójában elektronsugárzás Közepesen ionizáló hatású, hatótávolsága levegőben párszor 10 cm Két fajtája van: • Negatív béta-sugárzás: elektron sugárzás • Pozitív béta-sugárzás: pozitron sugárzás
Gamma-sugárzás: o o o o
4.
Energia távozik nagyenergiájú foton formájában Jellemzően az alfa- vagy béta-sugárzások kísérőjelensége Hatótávolsága légüres térben végtelen A nagy tömegszámú elemek hatékonyan gyengítik
Neutron sugárzás: o
Semleges töltésű, átlagos élettartama kb. 15 perc
o o o
𝑛 → 𝑝 + 𝑒 − + 𝑎𝑛𝑡𝑖𝑒𝑙𝑒𝑘𝑡𝑟𝑜𝑛 + 𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟í𝑛ó + 0,77 𝑀𝑒𝑉 A gyenge kölcsönhatás okozza a bomlást Mivel semleges sugárzás, ezért semmiféle elektromágneses kölcsönhatásban nem vesz részt könnyen áthatol mindenen
11. előadás
Radioaktivitás egységei •
Értelmezés (aktivitás): Egy adott radioaktív forrás aktivitása megmondja, hogy hány bomlás történik másodpercenként az anyagban. Mértékegysége a becquerel, jele: Bq. 1 Bq másodpercenként 1 bomlásnak felel meg. Régebbi mértékegysége a curie, jele Ci volt. 1 Ci 1 gramm rádium aktivitásának felelt meg, ami mai egységben 3,7 ∙ 1010 𝐵𝑞.
•
Törvény (radioaktív bomlási törvény): 𝑑𝑁 − =𝑎∙𝑁 𝑑𝑡 megoldva a differenciálegyenletet: 𝑁 𝑡 = 𝑁0 ∙ 𝑒 −𝑎𝑡 ahol 𝑎 a bomlási állandó, amely megadja, hogy mekkora valószínűséggel bomlik el egy atommag 1 s alatt. 𝑁 a bomlásban résztvevő magok száma db. egységben. 𝑡 az idő s-ben. 11. előadás
Radioaktivitás egységei •
Értelmezés (felezési idő): Az az időtartam, ami alatt a bomlás során egy anyag tömege a felére csökken. A bomlási állandóból, illetve a bomlási törvényből kifejezhető, ha 𝑁 a 𝑡 időt az 𝑁𝑝𝑖𝑙𝑙 = 2 -t vesszük figyelembe. Innen: ln 2 𝑇= 𝑎
•
Az aktivitás és a felezési idő kapcsolata: 𝐴=
•
ln 2 ∙𝑁 𝑇
A sugárzás biológiai hatásainak mérése: Értelmezés (dózis): A dózis a sugárzásból 1 kg anyag által elnyert energia mennyisége. 𝐽 Mértékegysége: gray, jele: Gy. 1 𝐺𝑦 = 1 𝑘𝑔. Régi mértékegysége: rad. 1 𝑟𝑎𝑑 = 0,01 𝐺𝑦. 11. előadás
Radioaktivitás egységei •
RBE, Relative Biological Efficiency = biológiai hatásosság: Minden sugárzáshoz rendelhető egy koefficiens, ami az adott sugárzás biológiai hatásosságát fejezi ki. Ebben benne van, hogy mekkora keresztmetszeten és milyen hosszban vagy mélységben fejti ki az a sugárzás a hatását.
•
Értelmezés (ekvivalens dózis): A dózis és a biológiai hatásosság szorzatát ekvivalens dózisnak nevezzük. Mértékegysége a sievert, jele: Sv. Minden biológiai szervre, szövetre a sugárzás más és más hatású. Ez a szerv koefficiens.
•
Értelmezés (effektív dózis): Egy adott szervre az ekvivalens dózis és a szerv koefficiens szorzatával egyenlő.
Emberre: 1 év alatti ekvivalens dózis átlaga: kb. 2,5 𝑚𝑆𝑣 11. előadás
Sugárzásvédelem Sugárzásvédelem alatt az ionizáló sugárzás intenzitását gyengítő, sugárvédelmi anyagokból felépített védőréteget értjük. •
Alfa-sugárzás védelme: o 1 cm alatt elnyelődik levegőben o Pl. vékony fólia elég, vagy a megfelelő távolság tartása
•
Béta-sugárzás védelme: o Plexiüveg vagy néhány mm vastag vaslemez
•
Röntgensugárzás elleni védelem: o Nagyrendszámú elemek alkalmasak (ólomlemez)
•
Gamma-sugárzás védelme: o Méternyi szélességű speciális betonfalak (bárium -szulfát, barit-beton)
•
Neutronsugárzás védelme: o Moderátor anyaggal magát a neutront nyeletik el vagy lassítják le o Lassú neutron már nem sugároz olyan erősen o Pl. moderátor víz 11. előadás
Sugárzásvédelem •
Sugárvédő vegyületek: o Olyan vegyületek, amelyeket gyógyszerként alkalmazva megvédik az emberi szervezetet az ionizáló sugárzás káros hatásai alól. o Csak megelőző hatásuk van, közömbösítik a víz radiolízise során a keletkező gyököket (𝐻, 𝑂𝐻, 𝐻𝑂2 )
•
Biológiai védelem: o Sugárv édelmi szolgálat • Dozimetriai ellenőrzések, • Védelmi berendezések • Eszközök • Rendszabályok • Megelőzés, prevenció
11. előadás
Egyes sugárzástípusok áthatoló képessége és elnyelése anyagokban
11. előadás
Atomerőmű hulladékok • • •
A további felhasználásra nem kerülő anyag a radioaktív hulladék. A világ atomerőműveiben átlagosan évente kb. 10000 t elhasznált fűtőelem képződik A radioaktív hulladék jelenti a legnagyobb környezeti veszélyt.
• Radioaktív hulladékok csoportosítása: 1. Halmazállapot szerint: o o o o o
Szilárd Biológiai eredetű Folyékony és nem tűzveszélyes Folyékony és tűzveszélyes Légnemű
11. előadás
Atomerőmű hulladékok csoportjai 2. Hőfejlődés szerint: o o
3.
4.
Kis- és közepes aktivitású hulladék (elhanyagolható hőfejlődés) Nagy aktivitású hulladék (a hőtermelődését figyelembe kell venni)
Aktivitás koncentráció szerint: 𝑚𝑆𝑣 ) ℎ
o
Kis aktivitású hulladék (10 cm-re a dózisteljesítmény ≤ 0,3
o
Közepes aktivitású hulladék
o
Nagy aktivitású hulladék (10 cm-re a dózisteljesítmény ≥ 10
Sugárzási élettartam szerint: o o o
Rövid felezési idejű hulladékok Közepes élettartamú hulladékok Hosszú élettartamú hulladékok (𝑇 ≥ 30 é𝑣)
11. előadás
𝑚𝑆𝑣 ) ℎ
Atomerőmű hulladékok feldolgozása Széles és nagy területet jelent. A hulladékfeldolgozás lépései a következők: • Hulladékok összegyűjtése • Hulladékok beminősítése • Hulladékok ideiglenes tárolása • Hulladékok szállítása • Hulladékok feldolgozása • A feldolgozott hulladékok elszállítása • A feldolgozott hulladékok átmeneti tárolása • A feldolgozott hulladék végleges elhelyezése
11. előadás
Atomerőmű hulladékok feldolgozása Hulladékfeldolgozásról: A keletkezett radioaktív anyag kisebb aktivitású és általában kisebb térfogatú lesz a folyamat végén. • Szilárd hulladék esetén: o Tömörítés, égetés, kondicionálás (rögzítés) o Üv egmasszába kev erés, üv egesítés = v itrifikáció
•
Folyékony halmazállapotú hulladék esetén: o Térfogatcsökkentés (bepárlás, égetés, lecsapatás, szűrés, ioncsere) o Szilárdítás, bitumenezés
•
Transzmutáció: o Hosszú felezési idejű anyagok neutronnal v aló besugárzással más elemmé alakulhatnak át
•
Tárolók: o o o o o
1980-ban EU törv ény és szabályozás. Kb. 600 év re tárolnak le fűtőanyag hulladékokat Felszín közeli (kb. 15-30 m mélyen) Mélységi (kb. 300 m mélyen) Két legnagyobb európai hulladéktároló: L’Aube (Franciaország, 1 𝑚𝑖𝑙𝑙ó 𝑚3), Drigg (Anglia, 800 𝑒𝑧𝑒𝑟 𝑚3) felszín közeli
11. előadás
