atomenergia - vmgfizika.x3.huvmgfizika.x3.hu/segedanyagok/atomenergia_adam_zsofi.pdf · balesetek...
TRANSCRIPT
AtomenergiaLáncreakció, atomreaktorok,
atombomba és ezek “rövid” története
“Előzmények”
“Az energia - amiből korábban sosem volt elég - bőségesen itt van körülöttünk,
csak meg kell találnunk hozzá a kulcsot.”
- H. G. Wells, A fölszabadult világ, 1913
Az atomenergia felszabadítása - “Második tűzgyújtás”
1934. Szilárd Leó szabadalma “Egy neutronokkal működő láncreakcióra”
- pontosítás: kritikus tömeg
- hibás tömegek (Aston), Berilium, sikertelen kísérletek, majdnem vissza is
vonja
Maghasadás
→ spontán: a természetben ritkán jön létre nehéz atommagoknál (stabilitás
miatt), pl. 235U - 0,7%, többi nagyrészt 238
→ kényszerített (magfisszió) - “lövedék” (neutron) hatására hasadás
Mivel az atommag kisebb, stabilabb, alacsonyabb energiaszintű atomokra
bomlik → energia szabadul föl
Maghasadás: fontos áttörések
1939. Otto Hahn, Fritz Strassmann (német) - atommaghasadás létrehozása
- U + n → Bárium - alacsonyabb rendszám → hasadás!
(Otto Frisch és) Lise Meitner (osztrák) - elméleti megerősítés
Kísérletek és számítások indulnak - Uránnál: számos hasadványpár, átlag 2-3
neutron, kiderülnek Aston hibás mérései
Láncreakció
Ha a hasadáskor felszabaduló neutronokat újra “lövedékként” használjuk föl
→ láncreakció indulhat be, folyamatos energia felszabadulás
A láncreakció feltételei
sokszorozási tényező:
k = újabb hasadások / elhasadt magok (generációnként)
k = 1 - kritikus állapot (normális) (szabályozott - reaktor)
k < 1 - szubkritikus (leáll)
k > 1 - szuperkritikus (lavinaszerű megugrás) (szabályozatlan - bomba)
A láncreakció feltételei
Megfelelő sebességű neutronok
→ nagy energiájú, gyors neutron - 238 befogja, ritkán hasad, 235 hasadásakor
keletkezik
→ kisebb energiájú, termikus neutron a megfelelő - kezelhetőbb, 235-öt hasítja
moderátor, lassítás
A láncreakció feltételei
dúsítás és kritikus tömeg - ha kicsi a térfogat, és nagy a felület, a neutronok
“megszöknek”
A kritikus tömeg függ:
- geometriai elrendezéstől (pl. fentiek miatt gömb)
- a hasadó izotóp fajtájától
- a dúsítás mértékétől
→ Ezek különösen szabályozatlan láncreakciónál fontosak, nehezebben
megvalósíthatóak, nagyobb mértékű dúsítást is igényel
“Atommáglya”
“metallurgiai központ”
1942. chicago-i egyetem
az első önfenntartó
láncreakció
Atomreaktor
reaktor - aktív zóna
moderátor - lassító közeg,
neutronhoz hasonló méretű
atommagok
szabályozó rúd - neutron
elnyelés
Atomerőmű
Az első atomerőmű
1954. Obnyinszk
Szovjet atomprogram
keretében, kisebb RBMK
urán
grafit moderátor
vízhűtés
Reaktortípusok
http://www.paks2.hu/hu/Atomenergia/AtomeromuTipusok/Lapok/default.aspx
Paks - nyomottvizes
Csernobil - RBMK (pozitív üregtényező!)
Előnyök
1 kg U kb. 100 000 kg kőszénnek felel meg energia kinyerésben - 2,5TJ
nincs CO2 kibocsátás, sem O2 felhasználás → környezetkímélő
Paks - 40% - át adja az energiánknak (4 * 460 MW elektromos teljesítmény)
A világ atomerőművei - ~ 17% (~400 reaktor, ~400 000MW)
Német Energiewende - nem jött be (CO2, francia atomenergia)
Nehézségek: Biztonság és környezetterhelés
http://www.paks2.hu/hu/Atomenergia/AtomeromuBiztonsaga/Lapok/default.as
px
- biztonságos üzemelés, megfelelő vészleállítás lehetősége- 0,0002 mSv a megengedett (kevesebb mint 1 óra háttérsugárzás!)
- környezeti hatás: üzemelésben & atomhulladék elhelyezésben- INES - pl. Csernobil 7 - legnagyobb, 2003, Paks - 3 (nem kellett védelmi intézkedés)
- Biztonságos leszerelés nehézsége, költséges, rövid élettartamú (30-50 év) beruházás
Balesetek
1986. Csernobil (7es az INES skálán) - régi típusú RBMK reaktor, kísérlet miatt
leállított vészleállítás, felforr a hűtővíz → pozitív üregtényező →megszalad,
hulladék
A kár igazán nem felmérhető, csak a közvetlenül Csernobilt övező területen
(rákkockázat nem biztos, hogy jelentősen növekedett),
ami biztos, hogy a nem megfelelő tájékoztatás és a pánik is kár okozó volt (pl.
abortuszpánik)
2011. Fukushima - földrengés, cunami - balesetsorozat, zónaolvadás (urán rudak
leolvadnak)
→ emberi hiba, biztonsági intézkedések hiánya
Az atombomba
1940 környékén már a különböző hatalmak kezdik felfedezni az atombomba
lehetőségét
→ (Teller, Wigner), Szilárd, Einstein - levél Roosevelt-nek
“Elnök úr! Enrico Fermi és Szilárd Leó kutatásai, amikről a
kéziratban értesültem, engem arra a következtetésre
vezettek, hogy az urán nevű kémiai elem a közeljövőben az
energia új és fontos forrásává tehető…”
→ Heisenberg: A német fizikusok tudnak, de nem akarnak atombombát építeniBohr megijed, csak az első felét viszi hírül a mondatnak.Az amerikai hírszerzés később sem közli ezt a bombán dolgozó tudósokkal
A Manhattan terv
Los Alamos, Új Mexikó
Oppenheimer
Neves tudósok:
Teller, Szilárd, Feynmann, Hans Bethe
1945. Alamogordo sivatag, sikeres próba robbantás (Trinity)
Atombomba típusok
Urán - focilabdányi félgömbök összelökése → kritikus tömeg elérése
Plutónium - spontán hasadások miatt nem lehet hasonlóan → gömbhéj, implózió
Finom elektronikus gyújtás, befókuszálás
→ Neumann (mint lökéshullámok tüzérségi szakértője, Számítási csoport,
IBM gépek
Szomorú események - amikor bevetették
1945. Aug. 6 és 9 - Hirosima (Little Boy, urán) és Nagaszaki (Fat Man, plutónium)
Tudósok lobbizása ellene (Szilárd Leó, Einstein) - sikertelen
Oroszoknak erő demonstráció
Szórtak röplapokat a civil áldozatok csökentése miatt - tanácsok követése ellen
parancs
Források
11-12.-es tankönyv (jó összefoglaló!)
Marx György: “A marslakók érkezése”