A nukleáris energetika fizikai alapjai

1.

A nukleáris energetika
fizikai alapjai.
Atomreaktorok és
atomerőművek
A nukleáris energetika
és az ökológia

2.

Nukleáris energetika –
az atomenergia (vagyis
az atommagok kötési
energiájának)
felszabadítása
maghasadás vagy
magfúzió segítségével.

3.

A nukleáris energetika rövid története
Az atommaghasadás
felfedezői:
Otto Hahn (1879–1968) és
Fritz Strassmann (1902–
1981)
Lise Meitner (1902–1981)
az atommaghasadás
elméleti megalapozója és
Szilárd Leó (1898–1964), a
láncreakció elvének
kidolgozója

4.

A nukleáris energetika rövid története
Az első atomreaktort 1942-ben a chicagói
egyetemen építették meg. A munka tudományos
irányítója Enrico Fermi volt. A tervezésben részt
vett Szilárd Leó és Wigner Jenő is.
Enrico Fermi (1901–
1953) olasz és
Wigner Jenő (1902–
1995) magyar
származású Nobeldíjas fizikusok

5.

Az atomerőmű az erőműveknek azon típusa,
amelyek a maghasadás vagy a magfúzió során
keletkezett hőt használják
áramtermelés
céljára.
Működési egységük az atomreaktor, vagyis a
magműveleti zóna; a reaktorok száma, illetve ezek
teljesítménye az atomerőmű fő ismérve. Egy reaktor
termelése jellemzően 200 és 5000 MW között mozog.

6. Atomerőmű - Atomreaktor

Atomerőmű
–
magreakciók
felhasználásával
villamos
energiát
szolgáltató létesítmény.
Reaktor – az a berendezés, ahol a
magreakciók lejátszódnak.
Blokk – egy reaktor és a hozzá tartozó
gépészeti és villamos berendezések
összessége.

7.

7

8. A nukleáris energiatermelés alapja – a szabályozott maghasadási vagy magfúziós folyamatok megvalósítása.

9.

Maghasadás
(magfisszió) –
fizikai jelenség,
amelynek során a
nehéz atommag
egy neutron
elnyelése
következtében két
új, kisebb tömegű
atommagra szakad
szét, neutronok
kibocsátásával.

10.

Maghasadási (fissziós) láncreakció – az
a fizikai jelenség, amelynek során
ugrásszerűen megnövekszik a neutronok
segítségével széthasított atommagok
száma.

11. Atomreaktor – az a szerkezet, amelyben szabályozott maghasadási láncreakció megy végbe energiatermelés céljából.

12.

12

13.

14.

Egy fűtőelem szerkezete

15.

A paksi atomerőmű reaktorának fedele a
szabályzórudakkal

16.

Az atomerőmű vázlatos szerkezete

17.

Az erőmű részei és szerepük:
1. Reaktor:
A reaktorban zajlik a szabályozott
láncreakció. A dúsított uránt a fűtőelemek
tartalmazzák. A hasadás során felszabaduló
és
újabb hasadást okozó neutronok számát a közöttük
mozgatható, neutronelnyelő anyagot (például bórt
vagy kadmiumot) tartalmazó rudakkal lehet
szabályozni. Minél mélyebbre tolják a rudakat,
annál több neutron nyelődik el, anélkül, hogy újabb
hasadást okozna. A neutronok lassítását a reaktort
kitöltő moderátoranyag végzi (például víz).
2. Primer kör: A hasadások során felszabaduló
energia a primer körben keringő anyagot (az ábrán
szereplő erőműben a nagy nyomású vizet, ami
egyben a moderátor is) felmelegíti, jelen esetben
több mint 200 °C-ra. A primer kör vize viszont hűti a
reaktort.

18.

3. Gőzfejlesztő: Itt történik a hőcsere a
primer kör és a szekunder kör anyaga
között. A szekunder körben keringő vízből
itt keletkezik gőz, amely a turbinát hajtja.
4. Szekunder kör: A szekunder körben
keringő víz a gőzfejlesztőben felforr, gőzzé
alakul, meghajtja a turbinát, majd a hűtőkör
hatására lecsapódik, és újra kezdi a ciklust.
5. Turbina: A turbina forgatja a generátor
forgórészét.
6. Generátor: a generátorban – elektromágneses indukció révén - a mechanikai
(forgási) energia elektromos energiává
alakul, itt jön létre a váltakozó áram.

19.

20.

Magfúzió – könnyű atommagok
egyesülése egy nehezebb
atommaggá.

21.

Lézer (inerciális) fúziós reaktormodul
KOYO-F

22.

Mágnes bezárásos fúziós reaktormodul
Tokamak

23.

A nukleáris
energetika és az
ökológia.
A nukleáris energia
nem békés célú
felhasználása

24.

Az atomerőmű előnyei például:
kevesebb fűtőanyag szükséges, mint
a szén- vagy olajtüzelésű erőművekben,
ezáltal kisebb mértékű a szükséges
bányászat;
nem szennyezi a levegőt az
égéstermékekkel;
nagyobb a hatásfoka;
építésekor nem szükséges olyan
jellegű környezet-átalakítás, mint a vízi
erőműveknél (víztározó, völgyzárógát
stb.).

25.

Az atomerőmű hátrányai például:
a kiégett fűtőanyag továbbra is
radioaktív marad, ezért problematikus
a tárolása;
különleges technikai megoldásokra
van szükség, hogy a radioaktív
anyagok ne juthassanak ki a reaktortérből, illetve a primer körből;
a hűtőkör a környezettel (általában
egy
folyóval)
van
kapcsolatban,
ezáltal olyan hőmérséklet-változást
okozhat, amely káros lehet az élővilág
egyensúlyára.

26.

34 éve
történt
1986. április 26.
Csernobil

27.

Fukushima, Japán, 2011

28.

29.

Szabályozatlan láncreakció - Atombomba

30.

Szabályozatlan láncreakció - Atombomba
Little Boy
Fat Man

31.

Szabályozatlan láncreakció - Atombomba
Hirosima – 1945. augusztus 6.
72 ezer halott
80 ezer sebesült

32.

Szabályozatlan láncreakció - Atombomba
Nagasaki – 1945. augusztus 9.
40 ezer halott
25 ezer sebesült

33. Összefoglalás

Mit jelent a „nukleáris energetika” kifejezés?
Kik tették a legnagyobb felfedezéseket, és
értek el jelentős eredményeket a nukleáris
energetika fejlődése terén?
Milyen részekből áll az atomerőmű?
Magyarázzátok meg röviden az atomreaktor
működését!
Milyen folyamat képezi az atomreaktor
működésének alapját?
Mi a különbség a maghasadás és a
magfúzió között?

34. Összefoglalás

Milyen hatása van a nukleáris energetikának
a környezetre?
Melyek
a
legnagyobb
nukleáris
katasztrófák?
Mit jelent a nukleáris energetika nem békés
célú felhasználása?
Hol és milyen eredménnyel használták fel a
nukleáris energiát nem békés céllal?

35. Házi feladat

26. §