Produktado de elektra energio kaj varmo en nukleo-energiaj centraloj estas fenomeno, kiun devas uzi ĉiuj ŝtatoj malriĉaj je tradiciaj energifontoj, se ili ne volas allasi ekonomian stagnadon aŭ malprogreson.
Konstruado de nukleaj elektrejoj estas altpretenda teknika kaj teknologia afero, maksimuma zorgemo pri kvalito de la ekipaĵoj kaj konstruo devas esti ĉiam motivita per alta kaj senkompromisa funkcia sekureco pro kialoj al ni konataj. Ĉi tio validas ankaŭ por la liverantoj de konstrua parto, kiuj partoprenas la ekipadon de biologia ŝirma sistemo per specialaj konstruktoj kaj per specialaj konstru-materialoj. En tiu ĉi prelego mi koncize skizos la problemaron de betonoj kaj precipe de specialaj betonoj en la sistemo de biologia ŝirmado. Enkonduke mi donos ankaŭ kelkajn ĝeneralajn informojn el la sfero de fiziko de ŝirmado.
Dum reakciado en nuklea fendmaterialo estiĝas kelkaj specoj de radiado: fendoproduktoj, betakorpuskloj, neŭtronoj, gamaradiado k. a. Ŝargitaj korpuskloj restas en la materialo aŭ estas absorbataj je mallonga distanco. La neŭtronoj kaj gamaradiado estas sen elektra ŝargo, ili do estas dispersataj malproksimen disde aktiva zono. Ili reprezentas la bazan parton de la radiado.
Esenca parto de la neŭtrona fluo estas tujaj (senprokrastaj) neŭtronoj (pli ol 99 %), kiuj aperas dum la dum la disiĝado de brulaĵaj nukleoj. Splitoj kun superenhavo de energio en la nukleoj havas la nombro-rilatumon de neŭtronoj kaj protonoj super stabileco de la nukleoj. Tiu ĉi stato prezentas premison por liberigo de prokrastita neŭtrono (malpli ol 1 %). Plu aperas iom da aktivigaj neŭtronoj kaj fotoneŭtronoj.
Gamaradiado estas korpuskla radiado, ĉe kiu energion transportas fotonoj, korpuskloj kun nenula ekvilibro-stata maso. La primara gamaradiado emanas dum la disĝo de atomnukleoj. Spektro de la radiado estas linia. La sekundara gamaradiado estiĝas dum bremsado de rapidaj neŭtronoj per nukleoj de pezaj elementoj. Ĝi havas spektron kontinuan.
Betonaj konstruktoj en la aktiva reaktoreja zono devas plenumi, krom sia funkcio konstrua, vicon da taskoj venantaj de ofte komplikaj ŝarĝoj mekanikaj, varmalaj kaj radiada. Estas necese konsideri longedaŭran efikadon de radioaktiveco kaj ankaŭ altan temperaturon. Eksperimente oni pruvis, ke per la priradiado per integraj neŭtron-faskoj 1024 ĝis 1025 m-2 ĉe iuj betonoj aperas nedezirataj ŝanĝoj de proprecoj: pligrandiĝo de volumeno, malaltiĝo de firmeco, ŝanĝiĝoj de la koeficientoj de dilato, de varmkonduktivo k. a.
Simpla betono kun la volumena maso 2300 kg/m3 ne estas sufiĉe efika kiel materialo por ŝirmado ĉe reaktoroj. Tial projektistoj por iuj partoj de la reaktoreja konstruo proponas ŝirmajn konstru-partojn el betonoj specialaj.
Alta volumena maso estas grava el la vidpunkto de moderigado de gama radiado kaj parte ankaŭ de neŭtronoj. Ju pli alta ĝi estas, des pli alta estas la nombro de nukleaj interpuŝiĝoj kaj des pli efike la materialo absorbas la radiadon.
Betonoj kun δ super 2500 kg/m3 estas tiel nomataj pezaj betonoj. Por fabriki ilin oni uzas ercojn de pezaj metaloj (magnetito, hematito, limonito, goetito, ferofosforo, barito k. a.) aŭ ferajn (ŝtalajn, gisajn) tranĉaĵojn, grajnaĵon k. s. Helpe de la ercoj oni atingas δ = 3000 ĝis 4500 kg/m3, kun la feraĵoj ĝis 5500 kg/m3.
Efikecon de ŝirmaj materialoj oni difinas helpe de pluraj specialaj grandoj, mi mencias informe nur t. n. moderigan longon. Ĝi estas tiu dikeco de materialo, sur kiu falanta radiado moderiĝas al la faktoro 1/e (0,368) de sia intenseco ĉe la surfalo, kie "e" estas la bazo de naturaj logaritmoj. Dum la moderiga longo por mezrapidaj neŭtronoj kaj por la primara gama-radiado estas ĉe simplaj betonoj 10-12 cm, ĉe la pezaj betonoj ĝi estas 6-9 cm.
En Ĉehoslovakio estis uzita fererco sole ĉe konstruo de la unua ĉehoslovaka reaktoro en Ĝez, sed estis tie spertite, ke la preparo de erco estis tre malfacila el la vidpunkto de maŝina pistado kaj de beton-teknologia kurbo de grajneco. Mi partoprenis eksperimentan uzon de la brazila hematita fererco Itabira cele por la elektrejo en Dukovany. Ankaŭ en tiu kazo montriĝis malfacilaĵoj, nome el la vidpunkto de diseriĝado al grajnoj laŭforme konvenaj por betono.
Ĉe la konstruado de ambaŭ nukleaj elektrejoj en Ĉehoslovakio (Jaslovské Bohunice, Dukovany) la konstru-entreprenoj decidis realigi pezajn betonojn surbaze de orientslovakia barito (Rudòany) kaj feraj komponentoj. Nuntempe la komponentoj estas tranĉaĵoj el ŝtala drato en la Slovakia konstruaĵo kaj gisa grjnaĵo en la Moravia konstruaĵo. Volumena maso de betonoj en ambaŭ kazoj estas preskribita je 3000 kg/m3 (barita betono) kaj 3600 kg/m3 (ferobarita betono).
La akvo enhavas multe da hidrogeno kaj tial ĝi estas bona moderigilo de neŭtronoj. La neŭtronoj havas proksimume la saman mason kiel atom-kernoj de hidrogeno (protonoj), tial jam ĉe unu interpuŝiĝo kun hidrogeno ili povas esti tute malrapidigitaj.
Minimuma enhavo de kemie ligata, t. e. hidrata, akvo en simpla betono estas dezirinda en masa kvanto de 5 % (= ĉ. 0,5 % mas. de hidrogeno), en pezaj betonoj 11,5/δ, kie δ estas volumena maso de peza betono.
Libera teknologia akvo el la betono malaperas dum kelkaj monatoj. Dum 20-30 jaroj povas malaperi duono aŭ pli da hidrata akvo (2-2,3 % de origina enhavo ĉiujare). Supozante funkcidaŭron de la nukleaj elektrejoj egalan al 25 jaroj, ni povas diri, ke ĝi sufiĉas.
Iom pli altan kvanton de hidrata akvo havas ankaŭ kelkaj pezaj betonoj bazitaj sur ferercoj (limonito, goetito). Altan akvo-enhavon havas la mineralo nomata serpenteno.
Simpla betono dehidratiĝas jam en temperaturoj super 93 °C kaj tiel ĝi perdas parton de sia ŝirmkapablo, speciale kontraŭ neŭtronoj.
Speciala kaj eksterordinara, kvankam en la naturo relative abunda, estas la mineralo serpenteno, kiu mezkvante enhavas 11 % maks. da hidrata akvo, sed krome ĝi havas tiun econ, ke ĝi rezistas al dehidratiĝo en la temperaturoj proksimume ĝis 500 °C.
En Ĉehoslovakio estas kelkaj trovejoj de serpenteno. Por la ŝirmado oni uzas tiun en Dobsiná en orienta Slovakio. Nia serpentena betono prezentas volumenan mason 2100-2150 kg/m3, ĝi do estas iom malpli peza ol simplaj betonoj. Por ke ĝi ampleksu per sia efiko ankaŭ la gama-radiadon, ĝi iam estas kombinata kun feraj komponentoj. En kazo de la elektrejo Dukovany kun gisa grajnaĵo ĝi atingas la volumenan mason 3500 kg/m3.
Boro estas alia interesa materialo de tiu ĉi sfero. Kiel ingredienco (maks 1 % mas.) ĝi limigas nedeziratan produktadon de sekundara gama radiado kaj moderigas la neŭtronan fluon, precipe la neŭtronojn kun malalta energio. Specoj de bora ingrediento povas esti diversaj laŭ kemia konsisto kaj laŭ formo. En Ĉehoslovakio la problemaro de boro en ŝirmaj betonoj dume ne estas klara pro manko de konvena krudaĵa materialo. Oni povas ĝin solvi helpe de ĉi-landaj fontoj ĉu boraj, ĉu aliaj boron plene kompensantaj.
Celo de mia prelego estis doni nur bazan informon pri la problemo, kiu estas periferia nur ŝajne. La konstruado de nukle-energiaj centraloj sendispute estos aktuala ankoraŭ dum pluraj jardekoj. El la vidpunkto de sekureco ne nur por la laborantaro en ĉi tiuj energi-produktejoj, sed por ni ĉiuj, apartenas ŝirmado kontraŭ la radiado al ĉeno de gravaj paŝoj, kies konsekvenca kaj respondeca realigo estas senkondiĉa.
Fonto: Konferenca kajero de AEST '81, Apliko de Esperanto en Scienco kaj Tekniko, Žilina
Kunlaborintoj: Hegedüs Imre kaj Szilvási László
Scienca kaj Teknika Esperanto-Biblioteko,
STEB: www.eventoj.hu/steb/