Olga, Liliána
19 °C
30 °C

Az atomtól nem kell félnetek, jó lesz

2011.03.28. 07:48
A fukusimai atomerőműben történt vészhelyzet újra az atomenergia veszélyeire irányította a világ figyelmét. Németország leállította régi atomerőműveit, több országban elkezdték vásárolni a jódtablettát a gyógyszertárakban. A szakemberek szerint ezek elhamarkodott reakciók, az atomenergia valójában sokkal megbízhatóbb, mint azt a közvélemény gondolja.

Az atomenergia hatvan éve osztja meg a közvéleményt, a Fukusimában történtek hatására tízméteres hullámokkal érkező cunamihoz hasonlóan csapott át a világon a félelem. Ugyanakkor a fosszilis tüzelőanyagok csökkenése, a megújuló energiaforrások magas ára és bizonytalan rendelkezésre állása, valamint az a tény, hogy több mint négyszáz atomerőmű mégiscsak biztonságosan működik, nyilvánvalóvá tették, hogy a jövőben nem nagyon tudunk meglenni atomenergia nélkül. A laikusok többségének azonban csak félinformációi vannak erről a technológiáról, nem árt tehát összeszedni a vonatkozó alapismereteket és rácáfolni néhány tévhitre, mielőtt túlzottan megijedünk.

Egy bonyolult vízforraló

Az atomerőművek működési elve sok ponton hasonlít a fosszilis tüzelőanyagokkal működő hőerőműkéhez. Az utóbbiakban a tüzelőanyaggal vizet melegítenek, a megtermelt vízgőzt turbinákra engedik, az így nyert mozgási energiával pedig generátorokat hajtanak meg – a többlépcsős folyamat végén ezek termelik a villamos energiát.

Egy bonyolult vízforraló
Egy bonyolult vízforraló

Az atomerőművek lényegében csak az első lépésben, a vízforralás módjában különböznek ettől. (Einstein mondta, hogy az atomerőmű a vízforralás legbonyolultabb módja.) Ezekben a létesítményekben a maghasadás, illetve a nukleáris láncreakció során felszabaduló hőenergia melegíti fel a vizet, a keletkező gőz aztán ugyanúgy turbinára megy, azok pedig generátorokat hajtanak. A láncreakció során egy neutron hatására az urán (többnyire ezt használják fűtőanyagként) atommagja elhasad két kisebb izotópra, a folyamatban neutron és hő keletkezik.

A hasadás alatt keletkezett neutronok a láncreakció következő lépéseiben további hasadásokat tudnak okozni. Az így keletkezett neutronok nagyenergiásak, viszont a ma üzemelő atomerőművek többségében a lassú, kis energiájú neutronok képesek hasadást kiváltani ezért a keletkező neutronokat lassítani kell. Erre szolgál az úgynevezett moderátorközeg, ami többnyire víz, az atomerőművek kisebb részében pedig grafit.

Kivált akár több szénerőművet

Egy atomerőmű energiatermelése a reaktorok (blokkok) számától és azok teljesítményétől függ. A ma üzemelő erőművek többsége a hatvanas-hetvenes években épült, ezek blokkonként általában 500-600 megawattot tudnak termelni. A később épültek többnyire nagyobb villamos teljesítményűek, reaktoronként 1000-1600 megawatt is összejön. A nagyobb teljesítmény irányába azért mozdultak el a későbbi mérnökök, mert gazdaságos volt: egy 1000 megawattos blokk építése nem kerül kétszer annyiba, mint egy 500 megawattosé. Korábban a szovjet erőműveknél a reaktortartály mérete korlátozta a blokkok méretét, mert a tartályt vasúti szállításra tervezték. Manapság már nem ez a fő szempont.

A blokkok száma sok mindentől függ, többek között a területtől és a népsűrűségtől is. Japánban kevés hely és nagy népsűrűség, Fukusimában ezért egymástól alig tíz kilométerre épült egy négy- és egy hatblokkos erőmű. De léteznek egyblokkos erőművek is, sőt ikerblokkosak is, amelyekben két blokk van, de bizonyos rendszerek közösek, kiszolgálják mindkét blokkot. A paksi erőmű négy blokkja is két ikerblokkból áll össze, teljesítménye blokkonként 500 megawatt.

A fosszilis (szén-, gáz- vagy olajtüzelésű) erőművek között léteznek néhányszor tíz megawattosak is, de inkább a néhányszor száz megawatt a jellemző. Egy atomerőmű tehát ki tud váltani egy szénerőművet (akár többet is), sőt a jelenlegi erőműfajták közül az atomerőműben a legnagyobb a teljesítménysűrűség: kis helyről jön akár több ezer megawatt. Ráadásul az atomerőművek általában folyamatosan, száz százalékos teljesítményen termelnek áramot, míg más erőműtípusoknak nem ilyen jó a kihasználtságuk. Különösen a szél- és naperőművekkel összehasonlítva látszik a különbség, melyeknél a 20%-os kihasználtság már nagyon jónak mondható.

A csernobili veszélyes konstrukció volt

A fukusimai, a csernobili és a paksi atomerőmű eltérően működik. Attól függően, hogy a termelődő hőt elvezető vízközeg elforr-e a reaktorban, megkülönböztetünk nyomottvizes és forralóvizes reaktorokat. A nyomottvizes típusban a víz olyan nagy nyomáson van, hogy kétszáz-háromszáz Celsius-fokon sem tud elforrni. A forralóvizes reaktorok esetében a víz elforr, a primer körben gőzt termelnek, és azt engedik közvetlenül a turbinára.

A nyomottvizes erőművekben a primer körben áramló víz nem érintkezik a turbinával: egy hőcserélőn (gőzfejlesztőn) keresztül adja át az energiát a szekunder körben áramló víznek, és az ott keletkező gőz kerül a turbinára. Ez azt jelenti, hogy a nyomottvizes reaktorok tisztábbak, mert a primer közeg radioaktív gőze nem éri a turbinát – ez biztonsági kérdések mellett a karbantartás szempontjából sem mindegy. A fukusimai erőművek forralóvizesek, a paksi nyomottvizes.

Az atomerőműveket a moderátorközegük szerint is megkülönböztetik. A világ atomerőműveinek többsége vízmoderálású, a volt Szovjetunióban viszont épültek olyan erőművek, amik grafitot használtak moderátornak. A csernobili baleset óta a forralóvizes, grafitmoderálású erőműveket gyakran csernobili típusú erőműként emlegetik. Ezekben nincs reaktortartály, ezért kevesebb korlátozással építhető, viszont a grafit óriási biztonsági kockázatot jelent. A csernobili katasztrófa hatása is ezért volt olyan pusztító: a grafit kigyulladt és hosszú ideig égett. Ilyen baleset Fukusimában a legrosszabb forgatókönyv esetén sem történhetett volna.

A biztonságos atomerőművek esetében alapelv, hogy negatív legyen bennük a visszacsatolás, vagyis egy ponton túl a maghasadások számának növekedésére a rendszer automatikusan, külső beavatkozás nélkül a teljesítmény csökkentésével válaszoljon. Negatív visszacsatolású erőművek így nem tudnak begerjedni, a csernobili erőműről viszont már a baleset előtt kimutatták, hogy bizonyos üzemállapotaiban pozitív visszacsatolású.

Atomerőművek esetében három alapvető cél, hogy a hasadások számát szabályozni lehessen, a hűtés folyamatosan biztosítható legyen, illetve hogy ne kerüljön a környezetbe radioaktív anyag. Az utóbbit többek között különféle fizikai gátakkal, védőrétegekkel érik el, ilyen például magának az üzemanyag-kazettának a burkolata, a reaktortartály általában több mint tízcentis vastagságú acélfala vagy a tartályt körülvevő acél- vagy vasbetonszerkezet, a konténment.

A biztonsági funkciókat független rendszerekkel és redundáns módon oldják meg, tehát ha például az atomerőmű leáll, akkor a maradványhőt termelő fűtőelemek hűtéséhez szükséges villamos energiát külső távvezeték-hálózatról biztosítják, ha pedig arra sem lehet számítani, mindig vannak kéznél dízelgenerátorok. Fukusimában a földrengés hatására azonnal leálltak a reaktorok, és ugyan az országos távvezeték-hálózat összeomlott, a hűtés is rendben elindult a dízelgenerátorokról. Azonban ezeket elsodorta a földrengés után érkező cunami, tehát a pót-pótrendszer is kiesett, ezért alakult ki a krízis. Az eddigi információk alapján komoly konténmentsérülés így sem történt egyik blokkon sem.

Repülőn nagyobb a sugárzás

Atomerőművekről nem lehet beszélni a radioaktivitás említése nélkül. Ez a jelenség – a nem stabil atommagok bomlása, ami nagy energiájú ionizáló sugárzást kelt – a természetben is előfordul, sőt az emberi szervezetben is 9000 bomlás történik másodpercenként. Radioaktív sugárzás mindenkit és mindenhol ér, életünk során a bennünket ért sugárzás egyharmadát külső forrásból kapjuk, kétharmada származik a belső terhelésből, a bennünk levő természetes eredetű sugárzó anyagokból. A természet átlagos háttérsugárzása nem jelent semmilyen veszélyt az emberre (sőt, az emberiség kifejlődésekor a háttérsugárzás sokkal nagyobb volt).

Ha a szervezetet sugárzás éri, sugárterhelésről beszélünk, nagyságát a dózissal jellemezzük. A dózis azt mutatja meg, hogy a sugárzás mennyi energiát adott le egységnyi tömegű anyagban. Mértékegysége az 1 J/kg dózist jelentő Gy (gray) vagy a Sv (sievert). Előbbi pusztán fizikai mértékegység, utóbbi figyelembe veszi a sugárzás egészségre gyakorolt hatását is, amit a sugárzás fajtája és a besugárzott szerv sugárérzékenysége is befolyásol. Az időegység alatt kapható dózis a dózisteljesítmény (Sv/óra), de sokszor ennek törtrészét használjuk (nSv/óra, mSv/év).

Összehasonlító infografika a sugárterhelésről - kattintson a sokkal nagyobb méretért! (forrás: xkcd.com)

Magyarországon egy ember átlagosan 2,4 milliSievert dózist kap a környezetből egy évben. Ennek körülbelül egyharmada a külső terhelés, ez nagyjából óránként 100 nanoSievertnek felel meg. (A környezeti radioaktivitás legfrissebb méréseit az Országos Sugárzásfigyelő Jelző és Ellenőrző Rendszer honlapján lehet követni.) A lakosságra megadott dóziskorlát évente egy miliSievert a természetes háttér fölött, nem számítva az orvosi beavatkozásból származó terhelést. A földfelszínen minket a légkör árnyékoló hatása is véd az űrből érkező sugárzás ellen, de a magashegységekben élőket nagyobb sugárzás éri, egy tíz kilométer magasságban repülő utasszállító repülőgép utasa pedig már 5 mikroSievert/óra (azaz 5000 nSv/óra, a földfelszínen mért természetes háttérsugárzás ötvenszerese) terhelést kap. Vagyis aki sokat repül, több sugárterhelést kap életében, mint aki máshogy közlekedik, de ennek nincs egészségügyi következménye.

A nemzetközi foglalkozási dóziskorlát öt év alatt 100 milliSievert, de a dózis egyik évben sem haladhatja meg az 50 milliSievertet. Vészhelyzetben ez a korlát megemelhető, a fukusimai baleset elhárításán dolgozó szakemberek egy csoportjánál 250 milliSievertre/évre emelték ezt az értéket, de valószínűleg ennek sem lesz egészségügyi következménye, és szinte biztos, hogy a krízis után az ott dolgozókat pár évig nem engedik fokozottan radioaktív környezetbe.

Múlt héten a fukusimai erőmű telephelyén 8-10 milliSievert/órás értékeket is mértek, az erőmű szűkebb környezetében azonban már csak néhányszor tíz mikroSievert/óra, Japán távolabbi részein, például Tokióban pedig néhányszor száz nanoSievert/óra volt a legnagyobb terhelés (vagyis a tokióiak egy hónapnyi sugárzásadagot kaptak pluszban egy hét alatt). Ez csak a külső terhelés, a belső terhelés növekedését el lehet és el is kell kerülni, ezért vizsgálják például az élelmiszerek sugárszennyezettségét. Az erőművek közelében dolgozó szakemberek védőfelszerelése is a belső sugárzás megnövekedésétől óv – a külsőtől való védettséghez már vastag ólomfal kellene.

Érdemes ugyanakkor megjegyezni, hogy normál üzemi körülmények között az atomerőművek nem engednek ki radioaktív anyagot, a széntüzelésű erőművekből viszont rendszeresen távozik ilyen, mert a szénben levő, kis mennyiségű radioaktív anyag a szén égetésével feldúsul, és a füsttel a környezetbe kerül. A különböző sugárzásértékeket az Országos Atomenergia Hivatal alábbi táblázata foglalja össze (milliSievertben megadva):

Egy évig élni 80 kilométerre egy normálisan működő atomreaktortól 0,00009 mSv
Egy banán elfogyasztása 0,0001 mSv
Egy évig élni 80 km-re egy széntüzelésű erőműtől 0,0003 mSv
Egy kéz röntgenfelvétele 0,001 mSv
Képcsöves monitor használata egy évig 0,001 mSv
Egy napi külső forrásból eredő természetes sugárterhelés Magyarországon 0,002 mSv
Egy napi természetes eredetű sugárterhelés Magyarországon 0,008 mSv
Egy napi külső forrásból eredő dózis a sérült Fukusima Dai Icsi erőműtől délre 130 kilométerre március 21-én 0,008 mSv
Egy mellkasátvilágítás 0,02 mSv
Egy tengerentúli repülőút 0,05 mSv
Egy napi külső forrásból eredő dózis a Fukushima Dai Ini erőműnél (a sérült Fukushima Dai Icsi erőműtől délre, 10 kilométerre), március 21-én 0,67 mSv
Egy mammográfiás felvétel 3 mSv
Egy évi természetes eredetű sugárterhelés Magyarországon 3 mSv
Egy mellkasi tomográf (CT) felvétel 5,8 mSv
Az évi dóziskorlát a sugárveszélyes helyen dolgozókra 20 mSv
A legkisebb éves dózis, amely már egyértelmű rákkockázat-növekedéssel jár 100 mSv
A baleseti mentésben résztvevők számára megengedett legnagyobb dózis 250 mSv
A legkisebb dózis, amely már közvetlen egészségügyi hatások megjelenéséhez vezethet 400 mSv
A legkisebb dózis, amely már halálos lehet 2000 mSv
Az a dózis, amely már gondos kezelés mellett is nagy valószínűséggel halálos 8000 mSv

Nem kell jódot enni

Egyes elméletek úgy tartják, a sugárzás egészségkárosító kockázata arányos a dózissal, ugyanakkor a szakértők egy csoportja szerint (epidemológiai és laboradatok alapján) a kis dózis akár még előnyös is lehet, mert a védőoltáshoz hasonlóan javítja a szervezet ellenálló képességét. A kérdést a kis dózisok tartományában (200 mSv alatt) nehéz eldönteni, hiszen számos más tényező (táplálkozási és dohányzási szokások, életmód) a sugárzásnál lényegesen nagyobb mértékben befolyásolja egészségünket, így a sugárzás mértékének hatását nem lehet egyértelműen kimutatni.

Gyakran használt analógia a napozás: ha egy alkalommal sokat vagyunk tűző napon, nagyon leégünk és súlyos napszúrást kapunk. Ekkor a hatás kiváltó oka egyértelmű. Ha azonban évtizedekkel később daganatos megbetegedést állapítanak meg, annak oka nem lesz egyértelműen megállapítható.

Jelenlegi ismereteink szerint néhány száz milliSievert összterhelésig nem lehet egyértelműen kijelenteni, hogy káros hatása lenne a sugárzásnak, mert számos más tényező van, ami például daganatos elváltozáshoz vezethet. Ha viszont valaki rövid idő alatt ennél nagyobb terhelést kap, már felléphetnek a sugárzás okozta azonnali egészségügyi hatások, amelyek súlyosságát a megfelelő orvosi ellátás jelentősen csökkentheti. A legkisebb dózis, ami már halálos lehet, körülbelül 2000 milliSievert, 8000 milliSievert pedig orvosi segítség nélkül már gyakorlatilag biztos halált jelent. A sugárbetegséget egyébként a köznyelv gyakran sugárfertőzésnek nevezi – tévesen, mert a sugárbetegek nem fertőznek.

Egymillió emberből két-három jódérzékeny
Egymillió emberből két-három jódérzékeny

A fukusimai események után a pánikhíradó több országban elterjesztette, jódot kell szedni, hogy megóvjuk magunkat a radioaktív sugárzástól. Ennek háttere az, hogy a jódnak létezik sugárzó izotópja, ami a pajzsmirigyet károsíthatja, mivel a szervezetbe került jód ott halmozódik fel. Ha azonban a pajzsmirigyet telítjük nem sugárzó jóddal, a szennyezett jód nem tud beépülni a szervezetbe és gyorsabban kiürül. A sugárzó jódizotóp koncentrációja azonban csak a fukusimai baleset közvetlen környezetében nőtt meg, ezért Japánon kívül egyáltalán nem indokolt a jódtabletta szedése – sőt, káros is lehet, mert egymillió emberből két-három esetben súlyos jódallergia léphet fel.

Atomerőművek a jövőnek

Fukusima egyrészt arra volt példa, hogy ha a mérnökök felkészülnek a legrosszabbra, még annál is lehet rosszabb. Másrészt viszont arra, hogy ugyan Japánban összeomlott a villamos energiahálózat, órákig nem működtek a dízelgenerátorok és a kommunikáció is erősen akadozott, nem történt olyan katasztrófa, ami az erőmű közvetlen környezetén kívül meghatározná más térségek sorsát. A nukleáris katasztrófa nem sújtotta Japánt, sem a fővárost, de még Fukusima prefektúra legnagyobb részét sem.

Veszélyes energiák

Az alábbi táblázat a különböző energiafajtákhoz köthető halálesetek számát mutatja. A nukleáris energia számában Csernobil is benne van.

 Energiaforrás  1 terawattórára
jutó haláleset
Szén (világ) 161
Szén (Kína) 278
Szén (USA) 15
Olaj 36
Földgáz 4
Biomassza 12
Tőzeg 12
Nap 0,44
Szél 0,15
Víz (Európa) 0,1
Víz (világ) 1,4
Nukleáris 0,04

(forrás: NextBigFuture)

Ugyan az atomerőművek biztonságát rendszeres időközönként egyébként is felülvizsgálják, ha valahol történik üzemzavar, az ottani tapasztalatokat az atomerőművek üzemeltetői megosztják egymással. Fukusima után több helyen – így az EU országaiban is – lesznek úgynevezett stressztesztek, amelyek során újra felülvizsgálják a jelenleg üzemelő erőművek biztonságát, különös tekintettel a hűtőrendszerek energiaellátásának többszörös biztosítására. Egy ilyen vizsgálat mindenképpen indokolt, de a katasztrófa után leállítani az atomerőműveket, mint ahogy Németország tette, rövidlátó vagy populista lépés.

Nem, szabad azt sem elfelejteni, hogy a Fukismai erőmű második generációs típus, amelyet a hetvenes években helyeztek üzembe. A ma üzemelő erőművek többsége szintén második generációs, de a most épülők már harmadik generációsok, ezek elsősorban még fejlettebb biztonsági rendszerükben különböznek a korábbi típusoktól. Ezekben már passzív biztonsági rendszer van, ami akár emberi beavatkozás és külső erőforrások nélkül is biztosítani tudja az erőmű leállítását és hűtését. És már tervezőasztalon készülnek a hosszabb távú hasadóanyag-utánpótlást is figyelembe vevő, új elven működő negyedik generációs erőművek, amelyek közül 2030 körül épülhetnek meg az elsők. Az energiapiac elmúlt éveit látva úgy tűnik, szükség lesz rájuk.

(Köszönet a cikkben nyújtott segítségért dr. Pázmándi Tamásnak, a Magyar Nukleáris Társaság alelnökének.)