Jövőkép

Csernobil és a feltupírozott hisztéria miatt húsz évig megtorpanni látszott a fejlődési ütem. A növekvő energiaárak miatt ez a trend változni látszik. Jelenleg nagyjából 50 reaktort építenek, ami több, mint 10 százalékos bővülést jelent. A jövő mégsem fényes. A szakemberek képzése nem teljesen megoldott és bizonyos prognózisok szerint a fűtőanyag készletek erősen limitáltak. Az előrejelzések állásponttól függően 50-150 évet jósolnak, amíg gazdaságosan lehet üzemeltetni az erőműveket, de az áram árának emelkedése ezt kitolhatja. A reaktormérnökök több ponton is fejlesztik a meglévő technikát, keresve a megoldás a biztonság, hatásfok, üzemanyag kérdéskörre.

Biztonság

Azt hiszem ismétlem magam, de tényleg a legfontosabb a biztonság. Például kiemelt figyelmet fordíthatnak arra, hogy a reaktor üzemzavar esetén magától leálljon. A víz moderátor szivárgása esetén a reaktor moderátor hiányában leáll. Természetesen a magot hűteni kell, különben leolvadhat, de a hőtől megrepedt üzemanyag kazetták még mindig jobbak, mint egy újabb Csernobil. A konténment ilyen esetben is bent kell, hogy tartsa a szennyeződést, de újabban szempont, hogy egy esetleges külső behatástól (Boeing 47-es a felhők közt suhan...) is védje a blokkot.

Az aktív védelem a már meglévő rendszerek továbbfejlesztése. Az új elektronikák gyorsabbak, okosabbak és kisebbek lehetnek. A legfontosabb azonban az a felismerés, hogy az operátor által kikapcsolhatatlannak kell lennie, de az üzemeltetőknek függetlenül is meg kell hagyni a lehetőséget a leállításra. A modern elemzési módszerek, illetve rendszerek a régi erőműveknél is felhasználhatóak, mint azt Pakson is tették.

Hatásfok

A fajlagos tüzelőanyag fogyasztást elsősorban a termikus hatásfok határozza meg. Ez két dolgot jelent. Egyrészt a lehető legnagyobb nyomást és hűtőközeg hőmérsékletet. További hatásfok növekedést hoz, ha a reaktoron átvezetett közeget használjuk a turbina meghajtására, így 45% körüli hatásfok érhető el. Ez az érték hagyományos PWR-nél 33% körül van. A megoldást a negyedik generációs szuperkritikus hűtőközeget (széndioxid vagy víz) használó reaktorok jelentik. A szuperkritikus könnyűvizes reaktorok (SCWR) felépítése sokkal egyszerűbb, mint a nyomott vizes második generációé. A szuperkritikusság itt nem a reaktorra, hanem a vízre vonatkozik. Ha a gőznyomás a kritikus nyomásnál nagyobb, nem lehet beszélni külön folyadék és gáz fázisról, sem pedig forrásról. A munkaközeg kb. 500-600 °C hőmérsékletű és 100-120 bar nyomású. Mivel hasonló elven működő hőerőművek már épültek, így a technológia nagy része adott. Problémát csak az elvárt sokkal magasabb biztonsági szint és a reaktor átmeneti (indítás-leállítás) állapota jelent.

Super Critical Water Reactor

Üzemanyag

Az üzemanyag mennyisége sajnos limitált, legalábbis, ha csak a klasszikus U-235 ciklusban gondolkozunk. Az átlagosan 2.4 neutron/hasadás lehetővé teszi, hogy a fölös 1.4 neutronnal üzemanyagot állítsunk elő. Az eddigi termikus (lelassított neutronokat használó) reaktorokkal szemben itt a hasadás során keletkezett neutronokat közvetlenül használjuk ki. A cél az, hogy a felszabaduló neutronokkal új, hasadóképes izotópokat állítsunk elő. Ideális esetben a reaktor több üzemanyagot termel, mint amennyit elfogyaszt.

Fém hűtésű gyors reaktor

A folyékony fém hűtésű tenyésztő reaktorokban (LMFBR) a hűtőanyag folyékony fém. Ezek a fémek, jellemzően nátrium vagy kálium, nem moderátor anyagok. A kisebb befogási valószínűség miatt a tüzelőanyag kb. 20%-a hasadóanyag. Ez például lehet plutónium 239, a maradék pedig U-238, ami a természetes urán 99.3%-át alkotja. Lemerített urán nagy mennyiségben áll rendelkezésre, mint finomítási melléktermék, Pu-239 pedig a szétszerelt fegyverekből nyerhető ki. Hogy ne lehessen fegyverként használni a fűtőelemeket Pu-240-es izotópot adagolhatnak hozzá. További üzemanyag forrást jelent, ha tóriumot is felhasználunk. A tórium négyszer gyakoribb a földön, mint az urán. A Th-232-ből keletkező U-233-vel egyetlen kis probléma van. Elvileg tökéletesen alkalmas fegyver gyártására, ahogy azt a MET robbantás (Teapot széria) tökéletesen bizonyította ezt. Természetesen mint általában mindenre, erre is van megoldás. U-238-al keverik a Tóriumot, így az U-233 mellett U-232 és Pu-240 is keletkezik, amik nagyon radioaktívak. Az LMFBR előnyei közé tartozik az is, hogy sokkal kevesebb sugárzó anyagot termel, mint más reaktor típusok. A hulladék "jó" tulajdonsága, hogy felezési ideje kevesebb, mint fele a normál PWR-ekhez képest, ráadásul a PWR-ek hulladékát is képes tüzelőanyagként felhasználni. Hátránya főként az új technológiából és a hűtőközegből fakad. Gondolom mindenki emlékezik, hogy kémia órán a kálium milyen szépen futkározott a víz tetején. A reaktorban több száz kg forró földfém van, ami igen reakció képes. 95 decemberében nátrium szivárgás miatt állították le Japánban a 280MW elektromos teljesítményt adó Monju reaktort, amit azóta sem indítottak újra.

Szub kritikus erőművek

Biztonságos lehetőség a maghasadáson alapuló "energia erősítők" építése. Ezek gyakorlatilag olyan reaktorok, amikben a hasadóanyag elhelyezése, mennyisége nem teszi lehetővé a láncreakció fenntartását. Egy neutron impulzus néhány generáció után gyakorlatilag nullára csökken. Ha egy bejuttatott neutronra több maghasadás is jut, akkor az energiamérleg pozitív. Elvileg "csak" egy külső viszonylag nagy teljesítményű neutronforrásra van szükség és annak szabályozásával pontosan beállítható a kimeneti teljesítmény. Előnye a nagy biztonság, ugyanis nem tud magától megfutni. Megfelelő méretezésnél a neutronforrás sem tud akkora gerjesztést adni, amiből baj lehetne. Sajnos nem rendelkezünk nagy teljesítményű, szabályozható neutronforrással. Esetleg egy mini erőművel gerjeszthetnénk.

Zárszó

Lezárom a cikket, bár még hosszú oldalakat lehetne írni a témáról. Nagyon sok témát csak felületesen érintettem, ha valakit érdekel a fórumban jelezze. Biztos vagyok abban is, hogy többen ki fogják egészíteni az írásom, amit örömmel veszek. Mindenkit megkérnék, hogy kulturáltan és ha lehet racionálisan nyilvánítson véleményt. Ha hibát találtok azt is jelezzétek, ne maradjon a cikkben hiba.