Az új Paksi Atomerőmű (5. reaktorblokk) látványterve

Többéves előkészítés után, 2019-ben döntött arról a kormányzat, hogy az új blokkok létesítésének támogatására – a gépész­technológiához kapcsolódó anyag­technológiai, anyag­vizsgálati és hegesztési szakértői, valamint e területekkel összefüggő szakember­képzési feladatok ellátására – Kompetencia- és Kutató­központot létesít a Dunaújvárosi Egyetemen (DUE). A kormányzat a döntéshez forrást rendelt, amit az egyetem a laboratóriu­mok fejlesztésére és létesítés­specifikus képzési anyagok kidolgozására fordított. A Paksi Kompetencia- és Kutató­központ (PKK) kialakítása 2022-ben befejeződött.

A VVER–1200 atomerőmű hűtőkörének fő berendezései (1. reaktor, 2. térfogat-kiegyenlítő tartály, 3. főkeringtető szivattyú, 4. főkeringtető vezeték, 5. gőzfejlesztő, 6. hidroakkumulátor-tartály)

Létrehozói a PKK-tól a következő feladatok elvégzését várják:

• gyártási, szerelési és vizsgálati technológiák szakvéleményezése, különös tekintettel az egyedi technológiákra;
• a létesítés és üzembe helyezés során felmerülő szakmai kérdések megoldásában való részvétel;
• az atomerőmű tulajdonosának szakmai támogatása a hatósági engedélyeztetési folyamatban;
• speciális anyagvizsgálati feladatok elvégzése, a vizsgálati eredmények komplex értékelése;
• hegesztési feladatokra való felkészülés támogatása, hegesztéstechnológiák és hegesztők minősítése;
• a létesítéskor alkalmazott anyagvizsgálati eljárások oktatása, vizsgáztatás és – ahol szükséges – minősítés, valamint tanúsítás.

A PKK-nak nem a létesítés napi munkáját kell kiszolgálnia, azt a vállalkozók végzik, hanem a jelzett területeken felmerülő és a rutint meghaladó tudást igénylő műszaki-tudományos kérdések megoldásában kell részt vennie. A vázolt feladatok eredményes elvégzésének a feltétele – amit a szervezet elnevezése is kifejez – az adott műszaki-tudományos területen birtokolt kompetencia.¹ Esetünkben a kompetencia a tudományosan megalapozott szakmai tudást, a szükséges vizsgálati gyakorlatot, az elemzőtevékenységek (számítások, szimulációk) elvégzésére és az információk szintetizálására való képességet, továbbá a magyar és orosz nukleáris szabályozás szükséges mélységű ismeretét jelenti.

Ma hazánk egyetlen intézményében sincs meg az a tudás, amely egymagában képes lenne lefedni a PKK által kezelendő téma­kö­röket. Az 1980–90-es években jogszabály írta elő, hogy „vezető anyagtudományi intézetnek” kell ezeket a tevékenységeket végeznie. Az akkori kijelölés alapján ez az intézmény a Vasipari Kutató Intézet (később Vasipari Kutató és Fejlesztő Vállalat), azaz a VASKUT volt. A VASKUTAT az 1990-es években, a gazdasági átalakulás során felszámolták, és ma már a korábbi jogszabály sem él.

Az új atomerőmű létesítésének időszakában a feladatok – a maguk sokrétűségével és sürgősségével – viszont adottak.
A DUE vezetése felismerte, hogy a kormányzat elvárásának csak együttműködő partnerek bevonásával tud megfelelni. A rektor a Magyar Tudományos Akadémia (MTA) Műszaki Tudományok Osztályának elnökén keresztül az MTA Anyagtudományi és Technológiai Tudományos Bizottsága (ATTB) elnökéhez fordult, és támogatását kérte a PKK működéséhez. Az ATTB – az Akadémia egyik legnagyobb létszámú tudományos bizottsága – megfelelő tájékozódás és előkészítés után döntött egy munkabizottság megalakításáról. A tudományos bizottság tagságának egésze ugyanis közvetlenül nem érintett nukleáris ügyekben, ugyanakkor a nuk­leáris terület az ATTB mindegyik albizottságának a témakörét magába foglalja, természetesen egy szűkebb területre koncent­rálva. A munkabizottság vezetésére az ATTB elnöke e cikk szerzőjét kérte fel.

A Paks II. munkabizottság feladata, hogy kidolgozza, majd koordinálja az új atomerőművi blokkok létesítéséhez (és szinte biztosan állítható, hogy később az üzemeltetéséhez) szükséges hazai anyagtudományi és anyagtechnológiai kompetencia megszerzé­sét/fejlesztését célzó programot, azaz összekötő kapcsot képezzen a Dunaújvárosi Egyetem, a hazai kutatóhelyek és a tudományos bizottság között.

A PKK-t támogató koordinált kutatási program célkitűzései a következők:

1. Tudásbázis létrehozása az új blokkok szerkezeti anyagainak vonatkozásában. Meg kell ismerni a szerkezeti anyagok tulajdonságait, és meg kell érteni a tulajdonságok biztosításának fizikai alapját.
2. Az erőmű öregedéskezelési programjának megalapozása. A biztonságos üzemeltetés egyik fontos feltétele egy átfogó öregedéskezelési program működtetése, aminek lényege, hogy ismerni, érteni és monitorozni kell az üzemelés közben kialakuló anyag­károsodási hatásokat.
3. A hazai intézményhálózat felkészítése az új blokkok létesítése és üzemeltetése során adódó anyagtudományi feladatok megoldására.

A felsorolt és az anyagtudomány területéhez tartozó célok kivétel nélkül hozzájárulnak az atomerőmű gépésztechnológiai (elsősorban nyomástartó) berendezései szerkezeti integritásának biztosításához és fenntartásához. A szerkezeti integritás hosszú távú biztosítása az üzemeltetés biztonságának és gazdaságosságának egyik fontos feltétele, mint a „mélységben tagolt védelem” tervezési koncepció egyik alappillére.

A Paksi Kompetencia- és Kutatóközpont új laboratóriumának bemutatása a Nemzetközi Roncsolásmentes Vizsgálati Akadémia szakértőinek. (A Dunaújvárosi Egyetem engedélyével)

A Paks II. munkabizottság megalakítása, tagjainak kiválasztása 2022-ben megkezdődött. Átgondolva az új atomerő­művi blokkok létesítésének az előzőekben vázolt feladatait, megszólítottuk a vezető szak­embereit és tudósait azoknak az intézményeknek, amelyek részben eddigi – az üzemelő atom­erőművel kapcsolatos vagy azon kívüli – tevékenysé­gük­kel, részben egyéb – humán és infrastrukturális – lehetőségeikkel résztvevői lehetnek a munka­­bizottságnak. A következő intézményeket kerestük meg:

• Budapesti Műszaki és Gazdaság­tudományi Egyetem (BME) Anyag­tudomány és Technológia Tanszék;
• Óbudai Egyetem (ÓE) Bánki Donát Gépész és Biztonság­technikai Mérnöki Kar;
• Miskolci Egyetem Anyag­szerkezettani és Anyag­technológiai Intézet, valamint Fémtani, Képlékeny­alakítási és Nanotechnológiai Intézet;
• Energiatudományi Kutató­központ (HUN-REN) Fűtőelemek és Reaktor­anyagok Laboratórium;
• Bay Zoltán Alkalmazott Kutatási Közhasznú Nonprofit Kft. Szerkezet­integritás és Gyártás­technológia Osztály;
• VEIKI Energia+ Kft. és
• Corweld Plus Kft.²

Emlékeztettük a megszólított szakértőket arra, hogy az Akadémia tudományos bizottságaiban és azok albizottságaiban, illetve munka­bizottságaiban a résztvevők saját személyükben és nem intézetük vagy cégük képviseletében dolgoznak.

A következő kérdésekre vártunk választ a megszólított szakemberektől:

1. Foglalkozott-e/foglalkozik-e intézetük, cégük, tanszékük az atomerőművi gépészeti anyagtechnológia, anyagvizsgálat és hegesztés területén kutatási vagy egyéb, műszaki-tudományos tevékenységgel?
2. Van-e olyan kutatási vagy egyéb, műszaki-tudományos terület, amely összefüggésbe hozható az új reaktorblokkok létesítésével, és amelyet intézetük, cégük, tanszékük el kíván mélyíteni (kihasználva a jelenleg formálódó koordinált kutatási tevékenységet)?
3. Hajlandó-e intézetük, cégük, tanszékük a középtávú kutatási tevékenységben részt venni, és ily módon bekapcsolódni az új paksi blokkok létesítésének szakmai, tudományos támogatásába?

A pozitív visszajelzések beérkezése után – a Paks II. munka­bizottságnak a felsorolt intézmények tizenhárom szakembere által történt formális megalakításán túlmenően – 2022-ben két, 2023-ban egy munkaülést tartottunk, azaz megkezdődött a munka. A munkaüléseken a működés operatív kérdéseiről és munka­módszeréről, a koordinált kutatási program legfontosabb elemeiről, valamint a munkabizottság égisze alá sorolható egyéb lehetséges tevékenységekről (például tematikus konferencia szervezése, a paksi beruházással foglalkozó rovat indítása hazai szaklapban és hasonlók) cseréltünk véleményt. Felkérésünkre az Országos Atomenergia Hivatal és a Dunaújvárosi Egyetem megfigyelőt delegált a munkabizottságba.

Figyelembe véve a munkabizottság előtt álló feladatokat, a következő elképzelés született a szakmai-tudományos munkamegosztásra:

• Ferrites szerkezetű anyagok adatbázisa – vezető: Hózer Zoltán (HUN-REN)
• Ausztenites szerkezetű anyagok adatbázisa – vezető: Szabó Péter János (BME)
• Hegeszthetőség – vezető: Réger Mihály (ÓE)
• Öregedéskezelés – vezető: Pálfi Tamás (VEIKI)
• Szerkezeti integritás elemzése – vezető: Fekete Tamás (HUN-REN).

A tématerületek az atomerőmű jellemző szerkezeti anyagainak kiinduló és az üzemi terhelés és környezet hatására megváltozott tulajdonságaira, valamint ezen anyagok hegesztésére fókuszálnak. Minden esetben az a cél, hogy a rendszerezett ismeretek halmaza tegye lehetővé és támogassa a technológiai berendezések szerkezeti integritásának elemzését a tervezett hatvan év, sőt a tervezetten túlmutató üzemidő alatt. Az adatbázis feltöltésére szolgáló kísérleti program megtervezésekor tudatában kell lenni annak, hogy a vizsgálatokhoz rendelkezésre álló szerkezeti anyagok mennyisége várhatóan korlátozott lesz. Ezért a kísérleteket úgy kell megtervezni és olyan műszerezettséggel kell végrehajtani, hogy azokból a lehető legtöbb adat származzon, több, mint amennyit a szabványok előírásai megkövetelnek. A ma túlzottan soknak tűnő adat felvétele és hosszú távú, biztonságos megőrzése azért fontos, mert ez teszi lehetővé, hogy a jövőben – finomabb vagy fejlettebb ki­értékelési módszerekkel – a vizsgálatok eredményeit új szempontok szerint értékelhessék ki.

A ferrites szerkezetű anyagok téma­területen belül kiemelt figyelmet fordítunk a reaktor­tartály szerkezeti anyagaira, mert ötvözési rendszerük eltér a Pakson üzemelő VVER–440 reaktor­tartályokétól, továbbá az ezeket érő gyors­neutron-fluencia az üzemelés alatt jelentős változásokat idéz elő bennük. Az ausztenites szerkezetű anyagok terület a korrózió kérdését helyezi a középpontba, különös tekintettel annak lokális megjelenési formáira, mint a feszültségi korrózió, a lyukkorrózió vagy a kristályközi korrózió. E szerkezeti anyagok esetében környezeti hatást az üzemi hőmérséklet és – a reaktor belső szerkezetei esetében – a gyors­­neutron-fluencia jelent.

Ausztenites korrózióálló acél szelektív korróziója. (Az Óbudai Egyetem engedélyével)

Átfedésben van a következő tématerület­tel a plattírozás (a nyomástartó falra hegesztéssel felvitt korrózió­védő réteg) és alapanyag/varratfém határterület ismerete, figyelembe véve, hogy az új blokkok esetében nemcsak a reaktortartály és a térfogat-kiegyenlítő, illetve a passzív üzemzavari hűtőrendszer tartályai plattírozottak, hanem a főkeringtető vezeték és szerelvényei is.

Kristályközi korrózió ausztenites acél hegesztési varrat hőhatás övezetében. (Final Report, IAEA-EBP-IGSCC, 2002)

A hegeszthetőség tématerület másik súlyponti kérdése az átmeneti kötések tulajdonsá­gai­nak az ismerete. Tény, hogy a ferrites szerkezetű és plattírozott reaktor hűtőkör alkalmazása csökkentette az átmeneti hegesztett kötések számát, de ezek érzékenyebbek az üzemel­te­tés okozta károsodásra, és roncsolás­mentes vizsgálatuk is igényesebb feladat a homogén varratok vizsgálatánál.

Átmeneti hegesztési varrat ultrahangos vizsgálatának szimulációja és a valóságos vizsgálat. (A Bay Zoltán Kft. engedélyével)

Az öregedéskezelés tématerület szoros átfedést mutat az előző három téma­területtel, kiegészítve az anyag­­tulajdonsá­gok folyamatos vagy időszakos, online vagy offline monitorozásának kérdésével. Az egyes kutatási téma­területek felosztása természetesen később – az igények és a racionalitás figyelembe­vétele után – változtatható.

Külön említjük a szerkezeti integritás (szilárdsági/törés­mecha­ni­kai) elemzés témakört. Ez mérnöki területeket integráló tudomány­terület, amelynek segítségével megállapítható, hogy egy be­rendezés milyen feltételekkel üzemeltethető biztonságosan, mennyi a műszakilag lehetséges üzemideje, és ez milyen módon valósítható meg. Ezt szolgálja – egyéb tudomány­területek mellett – az anyag­tudomány. Tehát a nukleáris anyag­tudományi kutatási programnak olyannak kell lennie, hogy annak eredménye a szerkezeti integritás elemzés bemenő adata legyen az atom­erőmű teljes üzemideje alatt. Ehhez természetesen a kor színvonalának megfelelő elemzési módszert kell alkalmazni. Általánosságban is igaz, hogy minden kutatási, vizsgálati és elemzési feladatot mindig az adott kor színvonalának megfelelően, és lehetőség szerint előre­mutatóan kell elvégezni.

Szakítóvizsgálat numerikus szimulációja – a valóságos vizsgálat digitális ikerpárja. (A HUN-REN engedélyével)

A digitalizáció korában már rutinszerű alkalmazást élveznek a matematikai szimulációs eljárások, a digitális iker, a mesterséges intelligencia és hasonló, információs technológiai megoldások. Ezek nélkül nem lesz elképzelhető és a kor igényeinek megfelelő a tervezett kutatási program végrehajtása.

Reaktortartály hűtőkör (balra) és üzemzavari hűtőrendszer (jobbra) csonk végeselemes modellezése. (A VEIKI Energia+ Kft. engedélyével)

A bemutatott koncepció és a – reményeink szerint létre­jövő – nukleáris anyagtudományi kutatási program nem csak a létesítendő atomerőművi blokkok szakmai-tudományos támogatását szolgálja. Ismeretes, hogy az MVM Paksi Atomerőmű Zrt. További Üzem­idő Hosszabbítás elnevezéssel kiemelt projektet indított az elmúlt évben. Ennek célja a blokkok üzemidejének megalapozása az ötven évre érvényes üzemeltetési engedélyük lejártát követő további húsz évre. Nyilvánvaló, hogy a hosszú távú üzemeltetés számos, a szerkezeti anyagok öregedésével kapcsolatos kihívást jelent az üzemeltetőnek, ezek kezeléséhez támogatást fog jelenteni a kutatási program és az annak végrehajtása közben erősödő hazai kompetencia. A program összeállításához pedig nem nélkülözhetők az üzemelő paksi blokkokon szerzett tapasztalatok.

Tisztában vagyunk azzal, hogy a kutatás elengedhetetlen feltétele a finanszírozás. A vázolt kutatási program finanszí­rozására jelenleg keressük a megoldást. Ennek érdekében az ATTB és a Dunaújvárosi Egyetem vezetése már eddig is tett lépéseket, és ezután is fog.•

1 A kompetencia általunk használt jelentésének elemei: a tudás, a jártasság és a magatartás.
2 A feladatok és felelősségek szétosztásakor nem sikerült konszenzust kialakítani egy kérdésben a Corweld Plus Kft. képviselőivel, amiért ők a továbbiakban nem kívántak részt venni a munkabizottság tevékenységében.

Címlapkép forrása: Trampus Péter