Villanyszerelők Lapja

Atomenergiából közvetlenül elektromos energia

2019. november 12. | VL online |  846 | |

Atomenergiából közvetlenül elektromos energia

Amióta az atommagfolyamatokat technikai, ipari méretekben is sikerült szabályozni, számos kutatót foglalkoztat az gondolat, hogy miképpen lehetne az atommag-energiából közvetlenül elektromos energiát termelni. Most ugyanis az atomerőművekben az atommagfolyamatok szolgáltatta hőenergiát előbb gőzenergiává alakítják át, s a gőz feszítőereje termeli hőerőművekben is szokásos módon az elektromos áramot. E sok áttétel csökkenti hatásfokot.

Az atomenergiát közvetlenül elektromos energiává először csupán egy inggomb nagyságú „erőműben alakítottuk át, s mégis fölhasználható gyakorlati célokra: miniatűr rádiók, nagyothallókészülékek, karórák üzemeltetésére. Ezek az „atomerőműgombok” az atommag hasadásakor keletkező radioaktív sugárzást előbb fénysugarakká, majd a fényenergiát szilícium fényelemekben elektromos energiává alakítják át. E kétlépcsős megoldásra azért volt szükség, mert a közvetlen radioaktív sugár károsan hat a fényelemekre.

A radioaktív sugárforrásként használt promethium 147-et foszforos rétegbe ágyazták, amelyben a sugárzás hatására fény gerjesztődik. A keletkező sötétvörös és infravörös sugarak azután – s miként 1. ábránkon vázlatosan láthatjuk – a szilíciumos fényelemekben elektromos energiává alakulnak át. Egy-egy ilyen parányi „atomerőmű” átmérője mindössze 16 milliméter. Egy voltnyi feszültséggel 20 mikrowatt energiát szolgáltat. Minthogy a promethium 147 felezési ideje két és fél év, az „atomerőmű” teljesítménye ennyi idő után csökken 10 mikrowattra. Nagy előnye, hogy a mínusz 130 C foktól a plusz 100 C fokig terjedő hőmérsékleti határok között egyaránt használható. A telep radioaktív sugárzása kifelé már olyan gyenge, hogy környezetet semmiképpen sem veszélyezteti.

A ma még csupán műszereket tápláló „atomerőgombok”-nál sokkal kedvezőbb lesz azonban, ha majd sikerül ipari méretekben is megvalósítani az úgynevezett hasadásos plazmareaktort. Ez ugyanis az atommaghasadás keltette hőenergiát a hatásfokot erősen lerontó gőzfázis megkerülésével ugyancsak közvetlenül alakítja majd át elektromos energiává. Ez a reaktor lényegében egy folyékony lassítóval, úgynevezett moderátorral – például nehézvízzel – körülvett, gáz állapotú hasadó anyagból áll. (A nehézvízben a közönséges hidrogén helyett változata, a kettes atomsúlyú deutérium van.) Az ilyen reaktort már eleve úgy méretezik, hogy az atommag hasadásakor keletkező neutronok a gázon át tudjanak hatolni, a vízben lelassított neutronok háromnegyed része viszont visszaverődjék a gáz felé, és fenntartsa a láncreakciót. Mármost az atombomláskor keletkező hőenergia lökéshullámot gerjeszt.

Ha a csövet mágneses tér veszi körül, és a hullámfront mögött fölmelegített gáz áthalad a mágneses téren, miközben lelassul, mozgási energiájának egy részét átadja a mágneses térnek. A mágneses tér energiakészletének változását pedig már aránylag könnyű elektromos árammá átalakítani.

Az ilyen hasadásos atomreaktor elvi fölépítését a 2. ábrán láthatjuk. A hasadó gáz egy 7 méter átmérőjű és 48 méter hosszú, henger alakú, grafit és uránfém falú tartályban van, amelyet nehézvíz vesz körül. A hasadó anyag mennyiségét a cső egyik végében a megfelelő módon rövid időre hirtelen megnövelik a magreakcióhoz szükséges mennyiségre. Megindul a magreakció, s óriási hő – 3500-6500 C fok – keletkezik. A hirtelen fölmelegedés hatására lökéshullám jön létre, ennek hatására pedig egyes molekulákból elektronok lökődnek ki, s a gáz vezetővé válik (ionizálódik). A vezetővé vált gáz kénytelen a reaktor közepét körülvevő mágneses téren áthaladni, s eközben a gáz és a mágneses tér között ható erő az ionizált gázoszlop sebességét mintegy a felére csökkenti, miközben mozgási energiájának jórészét mágneses térnek engedi át. Ez a többletenergia közvetlenül elektromos energia formájában hasznosítható. Mire aztán a gáz a henger másik végébe jut, kellő mértékben lehűl, és a körfolyamat újra kezdődhet.

A számítások azt mutatják, hogy példaként említett reaktor 37,5 százalékos hatásfokkal 500 MW energiát szolgáltatna. Ahhoz azonban, hogy ilyen reaktor megépüljön és üzemképes legyen, még sok részletkérdést kell megoldani.

(Dr. G. P.)

A cikk az Élet és Tudomány című folyóiratban jelent meg1958-ban.

AtomerőműEnergetikaÉrdekesség

Kapcsolódó