A beton széles körben alkalmazott építőanyag, amely nagyrészt természetes alapanyagok és kisebb arányban mesterséges adalékanyagok keverékéből áll. Az alapanyagok és a receptúra alapvetően meghatározzák a beton szerkezeti tulajdonságait, szilárdságát, sűrűségét, öregedési viselkedését. Ezen tulajdonságokat fizikai és kémiai anyagvizsgálati módszerekkel vizsgáljuk.
Az ELKH Energiatudományi Kutatóközpont Energia- és Környezetbiztonsági Intézetének Nukleáris Analitikai és Radiográfiai Laboratóriumában (NAL) a nukleáris reaktorok körüli sugárvédelmi betonok egyik fő alkotórészének, a kavics-homok frakciónak a felaktiválódási hajlamát vizsgálták. A kutatás során szorosan együttműködtek az Országos Atomenergia Hivatallal (OAH), az Építésügyi Minőségellenőrző Innovációs Nonprofit Kft.-vel (ÉMI), valamint RADCON nemzetközi projekt cseh, lengyel, szlovák és dél-koreai partnereivel.
A munka hazai aktualitása, hogy az új Paks II atomerőművi blokkok építése során az erőmű betonszerkezetei feltehetőleg hazai alapanyagokból készülnek majd. Ennek érdekében fel kell készülni a megfelelő sugárállóságú, és kedvező öregedési, és aktiválódási jellemzőkkel bíró betonok receptúráinak kidolgozására, és a kívánt tulajdonságok ellenőrzésére, melynek egyik fontos lépése a betonminták és alapanyagok neutronbesugárzásos összetétel- és aktiválódás-vizsgálata.
A nukleáris technológiában alkalmazott betonoknak a bevett ipari szabványokon felül számos további követelménynek is meg kell felelniük. A reaktort közvetlenül körülvevő beton szerkezeteknek a neutron és a gamma sugártérrel, a hőhatással szemben is évtizedekig ellenállónak kell maradniuk úgy, hogy a mechanikai paramétereik ne romoljanak, valamint bennük lévő alkotók a neutronsugárzás hatására a lehető legkevésbé, vagy legfeljebb csak rövid ideig aktiválódjanak fel. Ezeknek a betontesteknek továbbá biológiai védelemként, a sugárzás gyengítésében jelentős szerepük van.
A neutronsugárzás hatására keletkező rövid és közepes felezési idejű izotópok az üzemidő alatt, míg a hosszú felezési idejű izotópok az üzemidő alatt és a működési idő végét követően akár hosszú évekig olyan mértékű sugárzást bocsáthatnak ki, hogy azt sugárvédelmi szempontból méretezni kell. A leszerelési munkálatok során fontos szempont, hogy az erőmű élettartamának végén a bontásra kerülő betonszerkezetek milyen mértékben és mennyi időre aktiválódtak fel, és azokat milyen mértékig kell sugárveszélyes hulladékként kezelni. A jövendő aktivitás szintje az összetétellel, azon belül is a nyersanyagokkal bevitt nyomszennyezőkkel, jelentősen befolyásolható. A sugárvédelemben általánosan elfogadott ALARA (as low as reasonably achievable) elvet alkalmazva tehát a betonszerkezet készítésekor, az alapanyagok gondos kiválasztásával tehetünk a legtöbbet a későbbi leszerelési költségek és technikai nehézségek csökkentéséért.
Terepi mintavételezés hazai kavicskitermelő bányákban
A NAL munkatársai kutatásuk során négy nagy magyarországi kavicsbányászati régió anyagát mintázták meg. A kavics- és homoktípusok ásványos összetételét optikai mikroszkópos vizsgálatokkal állapították meg, míg a minták kémiai összetételét nukleáris analitikai módszerekkel (műszeres neutronaktivációs analízis: NAA, és prompt-gamma aktivációs analízis: PGAA) határozták meg. A nukleáris elemanalitikai módszerek a legalkalmasabbak erre a feladatra, mivel azokon a magreakciókon alapulnak, mint amelyek a betontestekben játszódnak le a sugárzás hatására. Emellett az elemek helyett közvetlenül a releváns izotópokat határozhatjuk meg, nagy pontossággal, és magas metrológiai színvonalon.
A vizsgálatok elsősorban azokra a nyomelemekre koncentráltak, amelyekből sugárzás hatására hosszú felezési idejű radioizotópok jönnek létre (141Ce, 60Co, 134Cs, 152Eu, 154Eu, 59Fe, 181Hf, 124Sb, 46Sc, 182Ta, 160Tb, 51Cr, 233Pa, 151Sm, 85Sr, és 65Zn), így fontosak lehetnek a reaktortartály körüli betonok felaktiválódása szempontjából. A felsorolt izotópok a sugárzásnak kitett betonokban a sugárzás végét követő egy évvel is jelentős radioaktivitással bírnak.
Az elemzésekből kapott adatokból egy átfogó nyersanyag-adatbázis jött létre. Ez alapján megállapították, hogy a különböző bányákból származó minták között találhatók szignifikánsan alacsonyabb, illetve magasabb „szennyezőanyag”-tartalommal rendelkező bányatermékek.
A kavics nyersanyagok kőzettani és kémiai vizsgálata. A grafikonon színekkel jelöltük a különböző méretfrakciókat.
A sugárvédelmi betongyártáshoz olyan kavics- és homoktípusokat kell alkalmazni, amelyek főként kvarc anyagú, érett (hosszabb szállítódás után lerakódott) kavicsösszletek. (Összletnek nevezünk egy üledékes réteget amely egy időben és azonos földrajzi körülmények között rakódott le). A változatosabb összetételű, magmás és metamorf eredetű kavicsokat, illetve nehézásványokat nagyobb mennyiségben tartalmazó kavicsösszletekben a felsorolt elemek nagyobb koncentrációban vannak jelen, azaz kevésbé alkalmas összetevői a nukleáris technológiában alkalmazásra kerülő betonoknak. Ezek alapján a megvizsgált hazai kavicsbányák közül kijelölték a sugárvédelmi betongyártásra megfelelő kavicsos nyersanyag régiókat.
A kutatást az Országos Atomenergia Hivatal (OAH), az Építésügyi Minőségellenőrző Innovációs Nonprofit Kft. (ÉMI), valamint a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal NN 127102 számú pályázata támogatta.
A kutatócsoport tagjai: Gméling Katalin, Szilágyi Veronika, Harsányi Ildikó, Szentmiklósi László, Fekete Tamás
