Feljebb
Bejelentkezés
HU | EN

Paks II. Zrt.

Paks II. Zrt.

Skip Navigation LinksPaks II. Zrt. » Paks II. Zrt. » Atomenergia » Atomenergia felhasználása

Skip Navigation LinksAtomenergia felhasználása

 
1. Az atomenergia békés célú felhasználásának múltja, jelene és jövője
 
1.1.  Nukleáris technika energiaipari felhasználása
 
1.1.1. Nukleáris technika energiaipari felhasználásának múltja
 
 
 
Az első szabályozott láncreakcióra 1942-ben került sor Chicagóban, egy kísérleti reaktorban. Ezen eredmény elérésében kiemelt szerepe volt Szilárd Leónak. Az első reaktor, amivel villamos energiát termeltek, az EBR-I (Experimental Breeder Reactor, magyarul Kísérleti Tenyésztő Reaktor) volt, ami az Idaho-beli Arco-ban, a National Reactor Testing Station egy épületének világítását táplálta és 1951. december 20-án kezdte meg működését. Az EBR-I reaktort 1964-ben helyezték üzemen kívül.

 
1. ábra: A világ első villamos energiát termelő reaktora 1951. december 20., Arco, Idaho, USA [1]
 
 
1954. június 27-én, a szovjetunióbeli Obnyinszkban kezdte meg működését az első olyan kutatási célú atomerőmű, amely a villamosenergia-rendszerrel párhuzamosan kapcsoltan üzemelt. Az erőmű 5 megawatt nettó teljesítménnyel rendelkezett.
  
2. ábra: A világ első párhuzamosan kapcsolt, villamos energiát termelő atomerőműve
1954. június 27., Obnyinszk, Oroszország [2]
 
 
A világ első kereskedelmi célú atomerőművét, a Calder Hall 1 reaktort 1956. október 17-én maga II. Erzsébet királynő avatta fel az angliai Windscale-ben. Az erőmű gázhűtésű, grafit moderátoros típusú volt, 50 MW beépített nettó teljesítménnyel rendelkezett és 2003-ig üzemelt.
 
 

 
3. ábra: A világ első kereskedelmi célú villamos energiát termelő atomerőműve,
1956. október 17., Windscale, Anglia[3]
 
1.1.2 Nukleáris technika energiaipari felhasználásának jelene
A villamos energiát termelő atomerőművek történelme immár több mint 60 évre vezethető vissza, amely időszak alatt a nukleáris technika óriási mértékben fejlődött.
A világon először villamos energiát is előállító atomerőművet, az 1951. december 20-án induló EBR-I reaktort még főleg kísérleti célokra használták, viszont az erőmű általa megtermelt 1400 kilowatt hőteljesítményből 200 kilowatt villamos teljesítményt is előállított. Ehhez az első reaktorhoz képest a világon jelenleg üzemelő legnagyobb nettó kapacitású reaktorok (Chooz - B 1, és Chooz - B 2 reaktorok, Franciaország) 7500-szoros, 1500 MW villamos teljesítménnyel üzemelnek.
Az azóta eltelt közel hat évtizedben az atomerőművek hatalmas fejlődésen mentek keresztül, mind biztonsági, mind hatékonysági szempontból. 2012. december 31-i adatok alapján a Föld teljes villamosenergia-igényének közel 14 %-át adja a világszerte üzemelő több mint 430 reaktor. Az 50-es évek közepe óta csak 2008 volt az az év, amikor a világban nem csatlakoztattak a villamosenergia-rendszerhez új blokkot.
A villamosenergia-igény növekedésével folyamatosan helyeztek üzembe újabb és újabb atomerőműveket. Ezen erőművek egy része már befejezte a villamosenergia-termelést, másik részük üzemidő-hosszabbításon, illetve teljesítménynövelésen esett át és jelenleg is üzemel. Az atomenergia felhasználás jövője a jelenlegi erőművek üzemidejének meghosszabbítása mellett a bezárt erőművek teljesítményének pótlása lesz.
Jelenleg a világban üzemelő reaktoroknak a döntő többsége második generációs, vízhűtésű reaktor. Ennek továbbfejlesztése a harmadik generációs erőműtípus, amelyek jelenleg kezdenek elterjedni. Az alapkoncepció azonban reaktorfizikai szempontból nem változott, vízhűtéses reaktorokban termikus neutronok hasadásokat okoznak. A legnagyobb különbség a két generáció között a biztonságban van. Ennek oka, hogy a biztonsági rendszereket megtöbbszörözték, mivel olyan elemek is bekerültek a tervezési alapba, amelyeket eddig nem vettek figyelembe a bekövetkezésük kis valószínűsége miatt.
 

1.1.2.1. Üzemelő atomerőművek és reaktorok a világban

A Nemzetközi Atomenergia Ügynökség naprakész reaktor adatbázisa alapján a világ 30 országában összesen 450 darab kereskedelmi célú atomerőművi reaktor üzemel, mintegy 392 100 MW nettó beépített összteljesítménnyel.

Kattintson ide a grafikon nagyításához

4. ábra: A világ üzemelő atomreaktorainak országonkénti megoszlása, 2016.09.09.
(Forrás: iaea.org)

Kattintson ide a grafikon nagyításához

5. ábra: Az egyes országokban üzemelő atomreaktorok nettó villamos összteljesítménye (MW) 2016.09.09.
(Forrás: iaea.org)

Ezek az atomerőművek folyamatosan, megbízható alaperőműként[1] a világ villamosenergia-termelésének több, mint 16%-át fedezik. Az atomerőművek által megtermelt villamos energia 13 országban fedezi az ország villamosenergia-szükségletének több mint 25%-át. Franciaországban ez a részesedés több mint 76%, Szlovákiában, Magyarországon és Ukrajnában ez az arány pedig nagyobb, mint 50%.

Kattintson ide a grafikon nagyításához

6. ábra: Az egyes országok villamosenergia-termelésének nukleáris alapú részhányada 2015-ben
(Forrás: iaea.org)

A világon üzemelő atomreaktorok többsége, mint ahogy a Paksi Atomerőmű is, nyomottvizes típusú (PWR: Pressurized Water Reactor) reaktor. A forralóvizes (BWR: Boiling Water Reactor) reaktorok főleg az Amerikai Egyesült Államokban és Japánban terjedtek el, a nehézvizes (PHWR: Pressurized Heavy Water Reactor) reaktorok közül a legjellemzőbb CANDU típusú reaktorok Indiában és Kanadában dominánsak. Gázhűtéses (GCR: Gas Cooled Reactor) típusú reaktorokat kizárólag Angliában, könnyűvizes grafit moderátoros reaktorokat (LWGR: Light Water cooled, Graphite moderated Reactor) pedig egyedül Oroszországban alkalmaznak.

Kattintson ide a grafikon nagyításához

7. ábra: Üzemelő reaktorok típusonkénti eloszlása 2016.09.09-én
Forrás: iaea.org)

 

Az atomerőművi reaktorokon felül összesen 55 országban működik hozzávetőleg 245 darab kutatóreaktor, illetve további 180 reaktor működik atommeghajtású hajókon és tengeralattjárókon.

 

Kattintson ide a grafikon nagyításához

8. ábra: Reaktortípusok országonkénti eloszlása 2016.09.09-én
(Forrás: iaea.org)

Atomerőművek teljesítménynövelése

A nukleáris technika elmúlt évtizedekben bekövetkezett fejlődésének köszönhetően lehetőség adódott az üzemelő reaktorok hatásfokának és ezzel együtt nettó villamos teljesítményének növelésére, a biztonsági korlátok betartása mellett. Az Egyesült Államokban üzemelő reaktorokon közel 150 esetben több mint 7000 MW-os teljesítménynövelést hajtottak végre. Emellett Finnországban és Spanyolországban is hajtottak végre teljesítménynövelő fejlesztéseket. Az oroszországi atomerőművekben tervezett teljesítménynövelés mértéke elérheti az ott üzemelő reaktorok teljesítményének 7%-át is.

Ilyen, teljesítménynövelő átalakítást végeztek a Paksi Atomerőmű négy reaktorán is, amellyel az egyes reaktorok bruttó villamos teljesítményét két lépcsőben 440 MW-ról 500 MW-ra tudták emelni, a legszigorúbb biztonsági előírások betartása mellett.

Megvalósítás alatt lévő atomerőművek

A Nemzetközi Atomenergia Ügynökség naprakész reaktor adatbázisa alapján 2015 december végén a világ 15 országában 67 darab atomerőművi reaktor épül több mint 66 000 MW nettó villamos teljesítőképességgel. Nem meglepő, hogy a jelenleg épülő reaktoroknak döntő többsége az Ázsiai régióban épül, mérsékelni igyekezve az ott jelentkező hatalmas energiaigényt.

Kattintson ide a grafikon nagyításához

Kattintson ide a grafikon nagyításához

9. ábra: Épülő reaktorok nettó villamos teljesítőképességének és darabszámának országonkénti megoszlása 2015.12.31.-én (Forrás: iaea.org)

Az épülő reaktorok közül a döntő többség, 57 darab nyomottvizes típusú (PWR) reaktor, 4 darab nehézvizes reaktor (PHWR), 4 darab forralóvizes reaktor (BWR), 1 darab gyors tenyészreaktor és mindössze 1 darab magas hőmérsékletű, gázhűtésű (HTGR) reaktor.

Tervezés alatt lévő atomerőművek

A Nemzetközi Atomenergia Ügynökség 2016-os jelentése alapján 2015. december 31-én összesen 88 reaktor tervezett megvalósítását lehetett előrevetíteni, mintegy 73 000 MW nettó villamos teljesítőképességgel. A tervezett reaktorok közül 72 darab nyomottvizes típusú (PWR) reaktor, 9 darab forralóvizes reaktor (BWR) és mindössze 5 darab a gyors tenyészreaktor (FBR) és 2 darab nehézvizes reaktor (PHWR).

Kattintson ide a grafikon nagyításához

10. ábra: Tervezés alatt álló reaktortípusok országonkénti eloszlása 2015.12.31-én
(Forrás: IAEA, Nuclear Power Reactors in the World Reference Data Series No. 2 2016 Edition, TABLE 12. REACTORS PLANNED FOR CONSTRUCTION AS KNOWN ON 31 DEC. 2015)

________________________________________

[1] Alaperőmű. A villamosenergia-rendszerhez csatlakozó olyan erőmű, amely az átlagos fogyasztásnak megfelelően egyenletes terheléssel, illetve nagy évi kihasználási óraszámmal termel villamos energiát.

1.1.2.2. Az atomenergia hazai energiaipari részesedése

A legtöbb fejlett ország villamosenergia-termelésében találhatunk atomerőműveket. Az atomerőműveknek számos előnyük van a rendszer többi termelőjével szemben: kiszámíthatóan, tervezhetően termelik a villamos energiát, ráadásul mindezt versenyképes áron teszik. Ez egyike a legtisztább energiatermelési módoknak, hiszen a termelés nem jár szén-dioxid, por, hamu, füst, vagy egyéb káros anyagok kibocsátásával.

A Paksi Atomerőmű blokkjainak üzembe helyezése során (1982-1987 között) folyamatosan nőtt a hazai villamosenergia-termelésben betöltött részarány, majd később állandósult. A 2013-as évben a paksi atomerőmű termelési rekordot ért el, több mint 50 százalékkal járult hozzá a magyar villamosenergia-termeléshez.

A paksi atomerőmű hazánk legnagyobb villamosenergia-termelő üzeme, beépített bruttó villamos teljesítménye blokkonként 500 MW, összesen 2000 MW. A paksi atomerőmű egyértelműen a hazai villamosenergia-termelés domináns szereplője.

1.1.3 Nukleáris technika energiaipari felhasználásának jövője

A nukleáris energia jövőbeli energetikai felhasználása mellett szól az a tény, hogy az atomerőművekkel a globális felmelegedést okozó széndioxid kibocsátása nélkül lehet villamos energiát előállítani. Jelenleg is folyamatban vannak a negyedik generációs erőművek fejlesztései, melyek mozgatórugója az üzemanyagok hatékonyabb felhasználása. Ennek segítségével jelenleg domináns urán 235-ös izotóp helyett az urán 238-as izotópja vagy a tórium is nagyobb arányban lenne hasznosítható, amelyek a természetben lényegesen gyakrabban fordulnak elő. A negyedik generációs reaktorok segítségével a jelenleg elhasználtnak minősített üzemanyagokat is tovább hasznosíthatnánk, így újabb energia termelése mellett lehetne csökkenteni a hosszú idejű tárolásra szoruló hulladék mennyiségét. A negyedik generációs reaktorokban elhasználhatnánk a korábbi, második-harmadik generációs reaktorok kiégett üzemanyag kazettáit, ami azzal az előnnyel is járna, hogy az onnan kikerülő kazetták tárolását rövidebb ideig kellene csak biztosítani. Ilyen, negyedik generációs reaktorokat fejlesztő program az ALLEGRO projekt, amely célja egy demonstrációs reaktor létrehozása. A projektben Magyarország is fontos szerepet vállal.

Századunk potenciális energia forrásaként tartják számon a magfúzióval működő erőmű lehetőségét, amely megvalósításához azonban sok mérnöki probléma megoldására van még szükség.

Történnek kísérletek kisebb méretű úgynevezett kompakt blokkok kifejlesztésére, amelyekkel a gerinchálózatoktól elzárt távoli területek önálló energiaellátása is megoldható lenne.

1.2. Radioaktív sugárzások nem energetikai célú felhasználása

Az élet számos területén alkalmazunk radioaktív anyagokat; a villamosenergia-termelés mellett orvosi diagnosztikára és beavatkozásokra, ipari fertőtlenítésre, anyagvizsgálatra is használunk különböző radionuklidokat.

Kevesen tudják, de a radioaktív anyagok a mindennapi életünkben is jelen vannak, találkozhatunk velük az iparban, orvostudományban és történelmi kutatásokban egyaránt. A következőkben a teljesség igénye nélkül említünk néhány érdekes alkalmazást.

A sugárzó anyagok legelterjedtebb alkalmazása az iparban használt úgynevezett radiológiai, vagy más néven roncsolásmentes anyagvizsgálatok. A vizsgálat alapelve az, hogy a röntgen vagy gamma sugárzás intenzitása a vizsgált tárgyon áthaladva az átsugárzott vastagságtól függően változik, amiből következtethetni lehet az anyagban lévő esetleges hibákra (üregek, repedések).

Az egyszerű füstérzékelőkben is találkozhatunk például csekély mennyiségű alfa részecskével, amik a füstben képesek elnyelődni és ezt érzékelve kaphatunk jelzést az esetleges tűzről.

A mezőgazdaságban radioaktív sugárzást alkalmazhatnak például a burgonya csírázásának megakadályozására illetve különböző növények genetikai módosítására, jobban termő és ellenállóbb példányok tenyésztésére.

Az élelmiszeriparban mikroorganizmusok elpusztítására, csírázásgátlásra használják. 1993-ban már világszerte 50 élelmiszerbesugárzó állomás működött, évente 500.000 tonna besugárzott élelmiszerrel.

Érdekes alkalmazás ezeken felül, hogy járványmegelőzés céljából sugárzással sterilizált rovarokat engednek ki a környezetbe, így mérsékelve a kártékony rovarpopuláció növekedését. Ezzel a módszerrel szinte teljesen kiirtották néhány afrikai országban az évente több millió ember halálát okozó maláriát terjesztő szúnyogokat.

A radioaktivitás orvosi alkalmazása sokrétű, találkozhatunk radioaktív anyagokkal nyomjelzés, képalkotás és laborvizsgálatok esetében, terápiás esetben pedig besugárzó berendezésekkel és radio-gyógyszerekkel. Az egyszer használatos orvosi eszközök sterilizálása is történhet radioaktív sugárzás alkalmazásával. Hazánkban évente több mint 120.000 orvosi vizsgálatot végeznek el sikeresen a nukleáris technika segítségével, ilyen például a CT (komputertomográfia), a PET CT (pozitron-emissziós tomográf) vagy a hagyományos röntgen is.

Ezen túlmenően, régészeti leletek kormeghatározásában (úgynevezett C14 vizsgálat), összetételük vizsgálata során (neutron-aktivációs analízis) is alkalmaznak radioaktív technológiákat.

Fizikai alapkutatásokban (elemi részecskék kutatása, detektálása során) és kozmikus sugárzások kutatásában is felhasználnak radioaktív anyagokat.

Talán még kevésbé ismertek azok a fejlesztések, amely segítségével tengeri navigációs berendezések világítótornyok illetve űrtechnikai eszközök tápellátását oldották meg radioaktív izotópok természetes bomlásából származó hő felhasználásával. (radioizotópos termoelektromos generátor)