Elkerülhetetlen a Paksi Atomerőmű leállítása: hogyan működik ez a gyakorlatban?

Történelmi lépésre kényszerül a Paksi Atomerőmű: a Duna rekordalacsony vízállása miatt 24–72 órán belül teljesen leállhat a villamosenergia-termelés a létesítményben. Bár az üzembehelyezés óta még soha nem volt példa a teljes kapacitás kiesésére, a szakemberek felkészültek a rendkívüli helyzetre, sőt, a jövőben a mostaninál alacsonyabb vízállásnál is üzemképes marad a létesítmény. Most viszont miért bénítja meg a folyam vízhiánya a blokkokat, és hogyan zajlik egy ilyen komplex folyamat?

Rendkívül alacsony a Duna vízállása elkerülhetetlen a Paksi Atomerőmű leállítása Fotó: Mártonfai Dénes Forrás: Tolnai Népújság

Ahhoz, hogy mindkét, vízzel kapcsolatos kifejezést meg lehessen érteni, először meg kell nézni, mi történik a blokkokban, hogyan lesz áram az atomból.
Az atomreaktorban nagy mennyiségű hasadóanyag, az urán 235-ös izotópja felhasználásával szabályozott láncreakciót valósítanak meg, ami hőtermeléssel jár. A hasadóanyagot víz segítségével lelassított neutronokkal ütköztetik (innen a vízmoderátoros kifejezés), a maghasadás során pedig energia szabadul fel. Ennek egy részét mozgási energia formájában az úgynevezett hasadványmagok viszik el, és az üzemanyag többi atomjával ütköznek, így létrejön a szabályozott láncreakció. Minden hasadás átlagosan 2-3 új neutront szabadít fel, ezek egy része továbbhasít más magokat, az így felszabaduló neutronokat ismét lelassítja (és kis részben el is nyeli) a reaktortartályban lévő víz, a felesleget pedig a szabályozó rudak nyelik el. Ezekre az eszközökre a blokkok leállítása kapcsán visszatérünk, de előbb lássuk, mi történik még a neutronokkal, hogyan lesz áram az atomenergiából!

Fotó: Kurucz Árpád/Magyar Nemzet

Hőelvezetés innen oda, onnan a Dunába

A neutronok mozgási energiája az ütközés során hővé alakul át. Ezt a hőt el kell vezetni a reaktorból, de ehhez még nem a Duna vize kell, mert az úgynevezett primer kör zárt, radioaktív rendszer. Az itt keringő vizet 123 bar nyomáson tartják, így még 300 Celsius-fok körüli hőmérsékleten sem forr fel. Innen kerül a hő a szekunder köri gőzfejlesztőbe: ez a hőcserélő berendezés adja át a primer köri, radioaktív víz hőjét a szekunder kör vizének anélkül, hogy a két kör vize érintkezne. Ez a szeparáció biztonsági szempontból alapvető: a turbina, a generátor és a hűtőkör soha nem érintkezhet a reaktoron átfolyt, primer köri vízzel.

A szekunder körben a felforrósodott víz gőzzé válik, ami meghajtja a turbinát, annak tengelye pedig az áramtermelő generátort – és már kész is az áram, amit már csak be kell táplálni az országos hálózatba. Itt lép a képbe a Duna. A gőz, miután meghajtotta a turbinát, kondenzátorba kerül, és ismét folyékony halmazállapotúvá válik, hogy visszakerülhessen a gőzfejlesztőbe. Ahhoz, hogy újra elvégezhesse a feladatát, le kell tehát hűteni, és ehhez használják a Duna vizét a kondenzátorban, hogy elvezesse a felesleges hőt. A Duna vize egy mesterségesen kialakított csatornán jut el az erőműhöz, és azon is jut vissza a folyam főmedrébe, kissé felmelegedve.

Túlságosan alacsony a Duna

Jelenleg tehát nem a primer kör hűtése okoz gondot, hanem az, hogy alacsony vízhozam és magas vízhőmérséklet mellett lehetetlen a Dunába visszavezetett hűtővíz hőmérsékletét a környezetvédelmi előírások keretei között tartani. Az elsődleges probléma a vállalat tájékoztatása szerint az alacsony vízállás, hiszen a vízmű-szerkezeteknek megfelelő vízmélységre van szüksége a csatornában ahhoz, hogy ki tudják emelni a vizet a működéshez. Ezt a vízmélységet igyekeztek biztosítani a szakemberek úszóművekkel, szivattyúkkal, ám ez nem elég a teljes gőzzel való üzemeléshez. Felkészültek arra is, ha a Duna további extrém szintcsökkenést szenvedne el: erre az esetre rendelkezésre állnak az Országos Vízügyi Főigazgatósággal együttműködésben telepített Pajtás szivattyúk, amelyek biztosítják, hogy az atomerőmű álló blokkjainak lehűtve tartásához szükséges vízmennyiség mindenkor rendelkezésre álljon. 

Hogyan áll le a reaktor?

Nincs szó vészleállásról, hanem szabályozott, tervezett teljesítménycsökkentésről, amit egészen a leállásig lehet folytatni. Ehhez le kell állítani a láncreakciót, mégpedig az úgynevezett szabályozórudakkal. A szabályozó- és védelemrendszer bórral ötvözött acélból álló rúdkötegeit lassan a reaktortartályba engedik. A bór nagy valószínűséggel nyeli el a rá eső neutronokat. A szabályozó kötegek mérete és formája megegyezik a fűtőelem-kötegekével, és felülről lógnak az aktív zónába. A reaktortartály tetején elhelyezett hajtóművekkel húzzák ki vagy engedik le, vészhelyzetben pedig a gravitáció segítségével esnek a tartályba, néhány másodperc alatt leállítva a láncreakciót.

Mikor és hogyan indíthatják újra a paksi blokkokat?

Egyelőre még csak nem látszik, hogy mikor állhat helyre a Duna vízállása annyira, hogy a paksi atomerőmű is újraindulhasson. Ha ez a pont el is érkezik, 

a szakemberek minden bizonnyal számolnak a xenon-mérgezéssel is.

Leállás után ugyanis a neutronokat rendkívül jól elnyelő xenon–135 izotóp keletkezik, koncentrációja a reaktorban 8–11 óra alatt éri el a csúcsát, majd legfeljebb két nap alatt le is bomlik. Ez idő alatt nem feltétlenül lehet beindítani a láncreakciót, mert a xenon elnyeli az ehhez szükséges neutronokat. A leállított blokkot vagy a xenon-csúcs előtt, vagy a lebomlás után, jellemzően 24–30 óra elteltével lehet csak újraindítani. Ugyanakkor a Duna helyzetét elnézve ez nem fog problémát okozni, vélhetően elbomlik a xenon az újraindítás előtt.
A leállás után a maradványhőre is ügyelni kell, hiszen a reaktorok így is termelnek valamennyi hőt, ezért ugyan csökkenő ütemben, de még napokig folyamatos hűtést igényelnek. Viszont ehhez percenként 5 köbméter víz szükséges, szemben az üzemelő blokkokkal, amelyek másodpercenként 100 köbmétert igényelnek. 

A Paksi Atomerőmű külön csatornán kapja a Duna friss vizét Fotó: Mediaworks

Máskor is le-leállnak a blokkok, az miért más?

Lényeges megjegyezni, hogy most nem tervezett hidegleállásról van szó. A paksi atomerőműben 12–15 havonta leállítják minden egyes blokkot karbantartás és üzemanyagcsere miatt. Ez általában egy hónapig is eltarthat – nem véletlen egyébként, hogy jellemzően a nyári hónapokra ütemezik ezeket a beavatkozásokat. A mostani leállás ezzel szemben nem jár üzemanyag-mozgatással és a primer kör megbontásával, a blokkok lényegében készenléti állapotba kerülnek. Ha a Duna vízhozama és hőmérséklete visszaáll a megengedett tartományba, az újraindítás ezért lényegesen gyorsabb lehet, mint egy karbantartás utáni felfuttatás, néhány nap alatt teljesülhet.