2014. december: jegyzet, portré, tudomány, atomenergia, innováció, anyagtudomány, disszemináció, egyetem, közlekedés, építés, megújuló energia, zöldkörnyezet, hulladékgazdálkodás, it, paragrafus
2014. december 3.

Szerző:
Dr. Trampus Péter kutató-professzor

Anyagtudomány és atomerőmű üzemidő-hosszabbítás

Napjainkban a világ 30 országában 437 atomreaktor üzemel (hazánkban négy reaktor), és további 72 reaktorblokk épül. Míg intenzív kutató- és fejlesztőmunka folyik új típusú reaktorok létrehozására, addig általánossá vált a jelenlegi „öregedő” reaktorok üzemidejének meghosszabbítása, azaz üzemeltetésük mindaddig, amíg igény van az általuk előállított energiára, és biztonságos üzemeltetésük gazdaságosan megoldható.


A reaktor aktív zónájában lejátszódó technológiai folyamatok a terhek és környezeti hatások rendkívül szigorú összességét zúdítják a beépített szerkezeti anyagokra, ami azok extrém igénybevételét okozza. Itt a hőmérséklet, a mechanikai feszültség, a korrozív közeg és a neutronsugárzás egyidejű hatására kell gondolnunk. Ennek eredményeként különböző anyagkárosodási mechanizmusok lépnek működésbe (például szívósságvesztés, lokális korrózió, fáradás), amelyeket a tervezőnek az anyagválasztáskor, az üzemeltetőnek az üzemeltetés és karbantartás stratégiájának megválasztásakor figyelembe kell vennie. A károsodási folyamatok a biztonsági tartalék folyamatos csökkenéséhez, esetleg annak elvesztéséhez vezetnek. A tervezett üzemidőn túli üzemeltetés, és gyakran az ugyancsak végrehajtott teljesítménynövelés tovább fokozza az anyagok igénybevételét, következésképpen intenzívebbé teheti a károsodást.

Lokális korróziós üreg felülete (pásztázó elektronmikroszkópos felvétel)

A polgári atomenergetika a múlt század közepén született, gyakorlatilag ugyanakkor, amikor megjelent az anyagtudomány és technológia önálló diszciplínaként. Fejlődésük egy időben, egymással párhuzamosan következett be, és kimutatható kölcsönös egymásra hatásuk is. Elmondható például, hogy amit ma az anyagok sugárkárosodásáról tudunk, azt az atomenergia fejlődésének és a biztonság által támasztott igényeknek köszönhetjük.
Az atomerőmű kritikus berendezései biztonságának (szerkezeti integritásának) elemzéséhez pótolhatatlan információt szolgáltat az anyagtudomány és technológia. E tudománynak a napjainkra intellektuális egységgé fejlődött területei, azaz a gyártástechnológia (pl. reaktortartály esetében az acélgyártás, a képlékenyalakítás, a hegesztés és a hőkezelés technológiája), a kristály-, illetve szövetszerkezet, a mechanikai és fizikai tulajdonságok, különös tekintettel a repedésterjedéssel szembeni ellenállásra, mind fontos szerepet játszanak az elemzésben. Hasonló fontosságú a szerkezeti anyagokban található folytonossági hiányok (például összeolvadási hibák, repedések) jelenlétének, helyzetének és egyéb tulajdonságainak az ismerete, ami korszerű roncsolásmentes vizsgálatokkal biztosítható. Ez a terület szintén az anyagtudomány része, tekintettel a vizsgálatokhoz használt energiafajták (akusztikus, elektromágneses sugárzás stb.) és az anyag kölcsönhatására. A biztonság elemzéséhez ismerni kell még a terhelés törvényszerűségeit is (hőmérséklet-, feszültség- és alakváltozás-mező időbeli változását), ami behozza a képbe a kontinuummechanikát, illetve a repedéssel rendelkező kontinuumok viselkedésével foglalkozó törésmechanikát. A biztonság elemzése során az anyagtudomány és a törésmechanika területei szükségszerűen találkoznak, sőt helyenként koherens kapcsolatba is kerülnek egymással.

Termomechanikus fáradás okozta diszlokáció szerkezet (transzmissziós elektronmikroszkópos felvétel)

Az üzemidő-hosszabbítás a korábban a tervező által áttekintett és figyelembe vett időszak 50-66 százalékkal (bizonyos elképzelések szerint 100 százalékkal) történő meghosszabbítását jelenti, ami igen jelentős eltérés az eredeti tervezői szándéktól. Jelenlegi tudásunk alapján a lokális korróziót (elsősorban a feszültségkorróziós repedezést) és a reaktortartály integritását meghatározó sugár­károsodást tartjuk a legfontosabb kérdésnek. Választ kell tudni adni arra, hogy a károsodási folyamatok kinetikája milyen törvényszerűséget követ a tervező által nem kalkulált időszakban (például nem gyorsul-e fel vagy továbbra is lineáris modell írja le, stb.). Választ kell tudni adni arra is, hogy nem jelenik-e meg valamilyen ismert, de hosszú inkubációs idejű hatás, vagy esetleg olyan új károsodás, amire korábban egyáltalán nem gondoltunk. Az anyagtudomány eszközei, úgymint a természettudományi alapismeretek, a mérés- és vizsgálótechnika által szolgáltatott információk és a fizikai és matematikai szimuláció nélkül ezek a kérdések nem válaszolhatóak meg.

A vázolt kérdések részei a Dunaújvárosi Főiskola TÁMOP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0027 „Nagy teljesítőképességű szerkezeti anyagok kutatása” projektjének.•

 
Innotéka