Atomenergia – az első hálózatra kapcsolt reaktor

Az atomenergia hasznosításának gondolta a magyar Szilárd Leónak (1898-1964) jutott az eszébe, amikor rájött arra, hogy ha egy atommag bomlásakor két neutron is felszabadul, akkor láncreakció jöhet létre, mert újabb atommagok bomlanak fel, amelyek újabb neutronokat bocsátanak ki és ez így folytatódhat.

Ez 1933-ban történt, de abban az időben Szilárdnak fogalma sem volt arról, hogy mely anyag lehet az, amelyik úgy bomlik el, hogy két neutront is kibocsát. Erre Otto Hahn és Fritz Strassmann német fizikusok jöttek rá 1938-ban, amikor felfedezték az uránmag hasadását. Szilárdnak már a láncreakció lehetőségének felfedezésekor eszébe jutott, hogy ezt az energiát bomba készítésére is fel lehet használni, és feltételezte, hogy a hitleri Németország ezt a bombát el is készíti és erre figyelmeztetni akarta az Egyesült Államok elnökét. Ezt a híres-nevezetes Einstein-levélben sikerült is megtenni. A levelet azért Einstein írta alá (bár Szilárd fogalmazta), mert a közel húsz évvel idősebb Einstein sokkal nagyobb tekintély volt, és a háborútól félő Szilárd biztosra akart menni.

Az elnök, Roosevelt némi pénzzel támogatta is, hogy az Egyesült Államokban megkezdődjenek az atommaghasadással kapcsolatos kutatások, de ez a támogatás komolyra csak a Pearl Harbor elleni japán támadás után fordult. Ekkor Enrico Fermi és Szilárd megkapták a szükséges pénzt és 1942 decemberére elkészült az első atommáglya, amely bizonyította a láncreakció ipari méretekben való megvalósíthatóságát, és mellesleg elegendő plutóniumot termelt, hogy azt atombomba formájában 1946. augusztus 9-én Nagaszakira ledobják.

Bár az uránhasadás energia előállítására való felhasználhatóságát elsőként az Egyesült Államokban bizonyították, hálózatra termelő atomerőmű elsőként a Szovjetunióban készült el 1954-ben, amelyet a Moszkvától mintegy száz kilométerre délnyugatra fekvő kisvárosban, Obnyinszkban helyeztek üzembe.

Mindössze öt megawatt elektromos teljesítménye volt, de ez volt az első. Ekkor indult meg a világban az atomerőművek építése, aminek azután nagy lendületet adott az 1973-as kőolajár-robbanás és ez a lendület a fejlett ipari országokban egészen a múlt század végéig tartott. Ezt követően az érdeklődés a relatíve olcsóbbá vált olaj és földgáz, az atomenergia-ellenes mozgalmak, a csernobili katasztrófa miatt a nyugati világban alábbhagyott és csak a legutóbbi időkben nőtt meg ismét, nem utolsó sorban Kína és az oroszok fejlesztési eredményei láttán.

Jelenleg 34 országban összesen 411 reaktoregység működik és 59 egység áll építés alatt. A következő tíz évben további 10-12 ország fog újonnan belépni az „atomklubba”, az atomenergiát hasznosító országok körébe. A működő atomerőművek túlnyomó többsége, mintegy hetven százaléka úgynevezett nyomott vizes reaktor: ilyen a mi paksi erőművünk is és ilyen lesz Paks II is, ha végre megépül.

De milyen is az a nyomott vizes reaktor, miért nyomják a vizet? Az atomenergia sokak számára túl misztikusnak, érthetetlennek tűnik, pedig valójában igen egyszerű: alapvetően egy hőerőmű, csak a hőt nem a szén, olaj, vagy földgáz, hanem az atomok bomlása szolgáltatja. Persze az atomok bomlásához megfelelő feltételeket kell teremteni. Először is az uránt (ami az atomerőművek esetében nem fémuránt, hanem uránoxidot jelent) dúsítani kell, hogy a bomlásra hajlandó U235-ös izotóp elegendően nagy arányban legyen jelen az üzemanyagként szolgáló uránban. Eredetileg az U235-ös izotóp 0,6 százalékban fordul elő az uránban (a többi a nem bomló U238-as izotóp), amit a reaktorok számára 3-5 százalékra dúsítanak. Ez azonban még mindig nem elég ahhoz, hogy folyamatos láncreakció jöjjön létre. A láncreakcióhoz az U235-ös izotóp hasadásakor keletkező neutronoknak megfelelő sebességtartományba kell esniük, ám a kiszabadult neutronok túl gyorsak, ezért lassítani kell őket. A lassító anyagot moderátornak nevezik, és a reaktorok egyik fontos jellemzője. Szilárdék az általuk épített atommáglyában grafitot használtak, ma azonban a legelterjedtebb moderátor anyag a víz, a paksi erőmű is ilyen és Paks II is ilyen lesz.

A paksi erőműben négy, egyenként névleg 440 MW villamos teljesítményt leadó reaktor van, amelyeket mára 500 MW-ra feljavítottak, tehát a négy blokk (reaktor) összesen mintegy 2000 MW teljesítményt szolgáltat. Összehasonlításképpen: Magyarország villamosenergia-teljesítmény iránti igénye évszaktól, napszaktól függően 6000-7000 MW, tehát Paks I a hazai áramszükséglet mintegy harmadát adja.

Egy paksi reaktorblokkot úgy kell elképzelni, hogy az egy körülbelül 11 méter magas, három és fél méter átmérőjű hengeres acéltartály, amelynek a falvastagsága 20-25 centiméter, hogy a benne lévő hatalmas nyomást, 125 atmoszférát (vagy modernebbül: bart) kibírja. Ebbe a tartályba kerülnek az uránoxid üzemanyagot tartalmazó rudak (ebből 312 van) és a szabályozó rudak (37 darab), amelyek neutron-elnyelő anyagot, Paks esetében bór-karbidot tartalmaznak. E rudaknak az üzemanyagot tartalmazó rudak közé tolásával lehet szabályozni a láncreakciót.

A szerkezet kialakítása olyan, hogy komolyabb üzemzavar esetén e neutron-elnyelő rudak automatikusan az üzemanyagrudak közé esnek és 10 másodperc alatt leállítják a láncreakciót. Ha valaki emlékszik még: korábbi cikkemben írtam, hogy e műveletet Szilárdék egy fejszés emberrel oldották meg, aki az atommáglya tetején egy baltával állt, hogy vészhelyzet (a láncreakció felgyorsulása) esetén elvágja a szabályozó rudak kötelét, hogy azok az urántéglák közé esve leállítsák a láncreakciót. E baltás ember tiszteletére nevezik a reaktorok biztonsági leállító rendszerét ma is „biztonsági baltás ember”-nek, angolul Safety Control Reserve Axed Man – SCRAM-nek. De emellett még a vízmoderátor is biztonságot jelent, ugyanis túlmelegedés esetén a víz gőzzé válik, megszűnik a neutronlassító, moderátor hatása és a láncreakció leáll.

Amiről eddig beszéltem azt a kétkörös erőművek esetében primer körnek hívják. Az itt keringő 300 °C fokos víz nem forr fel, mert 125 atmoszféra nyomás alatt tartják és nem is kerül ki ebből a primer körből, hanem hőenergiáját egy hőcserélőn keresztül adja le a szekunder körnek, ahol 46 atmoszféra nyomáson a víz gőzzé válik és ez a 270 °C fokos, nagy nyomású gőz hajtja a gőzturbinát, az pedig a villamosenergiát termelő generátort.

Mint említettem, a Paks-típusú reaktorok a leggyakoribbak, de vannak más típusok is, például a moderátor lehet grafit (amit Szilárdék használtak), vagy nehézvíz. A hűtő közeg lehet folyékony só vagy fém, létezik egykörös megoldás is, ahol a reaktorban keletkező gőz közvetlenül hajtja a turbinákat, ezt forralóvizes reaktornak hívják, ami olcsóbb, de nem annyira biztonságos. Emellett még számos, speciális célnak megfelelő, technikai megoldás létezik. A nyomottvizes reaktorok nemzetközi elnevezése PWR (Pressurized Water Reactor), de a paksi reaktor típusa VVER, ami orosz elnevezésből származik. Ha valaki emlékszik még a valaha tanult oroszra: Водо-водяной энергетический реактор, vagyis Víz-víz energiatermelő reaktor (VVER), ahol az elnevezés arra utal, hogy a primer és szekunder körben is víz a hűtő közeg.

Paks esetében még egy fontos jellemző, hogy a munkáját elvégző, a gőzturbinából kikerülő gőz kicsapatására, vagyis vízzé való visszaalakítására a Duna vizét használják. A Dunából másodpercenként 100 köbméter vizet emelnek ki, ami átlagosan 8 Celsius-fokkal felmelegedve tér vissza a folyóba. Ennek örülnek a horgászok, mert (különösen télen) a melegebb víz halban gazdagabb, de kritizálják a környezetvédők, mert a megemelkedett hőmérséklet hatással lehet az ökológiai egyensúlyra. A fáradt gőz kicsapatása egyébként történhet hűtőtornyok segítségével is, ami kevesebb vizet igényel, de drágább. Az atomenergiával való szakítás jelképeként ilyen hűtőtornyot robbantottak fel nemrég a németek, de lehet, hogy azóta már megbánták.

Az atomerőművek esetében mindig felmerülnek biztonsági kérdések, különösen a sugárszennyezés lehetősége, amit azonban az atomerőmű-ellenes mozgalmak messze eltúloznak. Paks esetében például az atomerőmű révén a környező lakosságot évente legfeljebb 2 órára jutó természetes sugárdózisnak megfelelő többlet sugárterhelés éri. A többlet annyira alacsony (viszonyítva az év 8760 órája alatt fennálló természetes sugárterheléshez), hogy emiatt semmiféle egészségkárosodás nem léphet fel.

De a kérdést nem hagyjuk ennyiben, a következő cikk az atombalesetek lehetőségével, a sugárzás hatásával foglalkozik majd.

A szerző közgazdász, a Nemzeti Fórum tanácsadója