Setkání evropské mladé generace v Bukurešti a jediné reaktory CANDU v Evropě

Jednou za 4 měsíce se schází výbor sítě Mladých generací Evropské nukleární společnosti (European Nuclear Society Young Generation Network - ENS YGN). Poslední setkání letošního roku bylo uspořádáno v rumunském hlavním městě Bukurešti. Organizací si vzala na starost Rumunská MG s materiální podporou rumunské společnosti Nuclearelectrica S.A., která provozuje zatím jediný blok jaderné elektrárny Cernavodă (psáno rumunsky, čte původním slovanským způsobem Černavoda, který je mi sympatičtější a budu jej nadále užívat). Jako zástupce Mladé generace ČNS jsem se setkání také zúčastnil.

Setkání výboru předcházela schůzka Výkonné komise mezinárodní jaderné konference mládeže IYNC 2008, na které se diskutovaly podrobnosti organizace mezinárodní konference IYNC 2008, jež bude uspořádána po dvou letech opět v Evropě ve Švýcarsku ve městě Interlaken v termínu 21. - 26. září 2008 v návaznosti na konferenci PHYSOR2008 pořádanou týden předtím. Na vlastním setkání výboru ENS YGN byly diskutovány podrobnosti přípravy konference evropské jaderné mládeže EYGF 2007 (European Young Generation Forum), kterou ENS YGN pořádá v Nizozemsku v Amsterodamu ve dnech 5.-10.června 2007. Bylo odsouhlaseno i datum a místo příštího setkání výboru ENS YGN na 9-11.2.2006 do Milána v Itálii.

Důležitou částí setkání byla sobotní exkurze do elektrárny Černavoda, konkrétně na dostavovaný 2. reaktorový blok. Typy reaktorů v elektrárně nesou označení CANDU 6, každý z nich má projektový tepelný výkon 2100 MW a pohání turbogenerátor o elektrickém výkonu 700MW. Jedná se o těžkovodní reaktor kanadské provenience a byli to právě vedoucí inženýři firmy Atomic Energy Canada Limited (AECL), kteří nás po stavbě prováděli. Předtím každý z nás nafasoval přílbu, pracovní obuv (vybírali jsme si podle čísla) a ochranné brýle, neboť jak nám bylo sděleno, Kanaďanům jde při stavbě nejprve o bezpečnost a kvalitu, a teprve potom se zajímají o to, zda stíhají pracovní plán. V lokalitě elektrárny Černavoda se nachází celkem 5 budov reaktorových bloků v různé fázi dokončení. Její stavba začala totiž na pokyn diktátora Nikolaje Čaušeska (rum. Nicolae Ceauşescu) v 80.letech, ale v 90. letech došlo k jejímu zastavení až na bloky č. 1 a 2. První blok byl dokončen v roce 1996 a blok č. 2 se začal intenzivněji dostavovat až po spuštění 1. bloku v roce 1997. Bloky 3, 4 a 5 stojí zatím opuštěné, jejich kontejnmenty zdobí rezavá koruna ocelových drátů trčících z nedokončené vrchní části a strojovny bloků 4 a 5 nemají ani střechu. O dokončení bloků 3 a 4 se rozhodlo začátkem října 2006, jejich dostavba by měla být zahájena v roce 2007 a měla by trvat asi 6 let. Po jejich zprovoznění dosáhne podíl jaderné elektřiny 40 % ze současných 10 %.

Protože se reaktor CANDU v Evropě nachází pouze v elektrárně Černavoda, není na škodu se o něm rozepsat podrobněji. Elektrárna s reaktorem CANDU je podobná většině lehkovodních tlakovodních jaderných elektráren. Štěpné reakce uvnitř reaktoru ohřívají tekuté chladivo – v tomto případě těžkou vodu (molekulu vody, v níž jsou oba atomy vodíku nahrazeny atomy jejich těžšího izotopu - deuteria). Ta je udržována při vysokém tlaku, aby nedocházelo k jejímu vypařování (v reaktoru CANDU 6 má teplotu okolo 310 °C, takže tlak je asi 12 MPa). Zahřátá těžká voda proudí potrubím primárního okruhu až do výměníku tepla – parogenerátoru, v němž předá přes stěny kovových trubek teplo do sekundárního okruhu obyčejné lehké vodě udržované při nižším tlaku, takže dojde k jejímu vypaření a vzniklá pára pohání přes parní turbínu elektrický generátor. Vzniklé nadbytečné teplo je odváděno do životního prostředí různými způsoby – v případě elektrárny v Černavodě je sekundární okruh chlazen vodou Dunaje.

Vzhledem k lehkovodnímu reaktoru má však reaktor CANDU řadu odlišností. Místo jediné tlakové nádoby, v níž by bylo obsaženo jaderné palivo obtékané chladivem-moderátorem, jej tvoří jedna nízkotlaká velká nádrž na těžkovodní moderátor (angl. calandria), kterou prochází 380 vodorovných tlakových palivových kanálů, z nichž každý obsahuje 12 krátkých palivových svazků (angl. fuel bundles). Výhoda tohoto uspořádání umožňuje výměnu jaderného paliva za chodu reaktoru. V případě lehkovodních tlakových i varných reaktorů je totiž výměna paliva možná pouze po odstavení a odtlakování reaktoru a odmontování jeho víka. Palivovými kanály proudí chladící tlaková těžká voda, která také odvádí většinu vznikajícího tepla, takže moderátor, který kanály obklopuje, zůstává podstatně chladnější (~65 °C) a je tudíž udržován při nižším tlaku (~1 MPa). Díky svým rozměrům a relativně nízké teplotě tak poskytuje moderátor mnohem chladnější termalizované neutrony (s nižší kinetickou energií), jež reagují snadněji. Palivové kanály jsou dvouplášťové, mezi vnitřním a vnějším pláštěm je mezera naplněná plynným oxidem uhličitým, což snižuje přestup tepla do moderátoru.

Hlavní předností reaktoru je schopnost dosáhnut kritičnosti již s neobohaceným přírodním uranem, ale na druhé straně je vzhledem k nižšímu obsahu (0,71 %) štěpného nuklidu U 235 spotřeba jaderného paliva co do hmotnosti větší, neboť používané vyšší obohacení (3,5 %) v lehkovodních reaktorech umožňuje uvolnit ze stejné hmotnosti paliva víc energie (střední vyhoření paliva v CANDU 6 dosahuje 7-8 MWd na kg uranu, pro porovnání s 35-50 MWd/kg v lehkovodních reaktorech). Hlavně tato přednost zvítězila při Čaušeskově rozhodování o typu tehdy plánované elektrárny, neboť Rumunsko se snažilo být nezávislé na vlivu Sovětského svazu i dalších mocností, jež jej jediné mohly zásobovat obohaceným uranem (těžkovodní cestu koneckonců zvolilo v 50. letech i Československo, ta však skončila konstrukcí elektrárny A1 v Jaslovských Bohunicích). Výsledné využití vytěženého uranu jako energetické suroviny je navíc asi o 30 % větší, protože během provozu vzniká záchytem na U-238 vůči lehkovodním reaktorům větší množství štěpného plutonia (Pu-239). Plutonium nahrazuje spalovaný U-235 a umožňuje delší provoz palivového svazku.

Možnost kontinuální výměny jaderného paliva, kterou horizontální uspořádání CANDU 6 nabízí, zlepšuje celkové využití reaktoru (tzv. faktor způsobilosti bloku – tedy kolik procent roku reaktor vyráběl elektřinu a nebyl odstaven kvůli pravidelné odstávce či např. kvůli nějaké závadě na turbíně). U lehkovodních reaktorů se faktor způsobilosti v minulosti pohyboval v oblasti pod 80 %, zatímco reaktory CANDU dosahovaly téměř 90 %. Výměnu paliva zprostředkovává dvojice dálkově ovládaných zavážecích strojů. Napojí se na konce jednoho palivového kanálu a zatímco jeden stroj zasouvá čerstvý palivový svazek do kanálu, druhý stroj na opačném konci kanálu přijímá vytlačovaný použitý svazek.

Palivový svazek CANDU 6 sestává ze 37 půlmetrových uzavřených trubek ze slitiny zirkonia o průměru asi 1 cm, jež jsou rovnoběžně uspořádány v soustředných kruzích do podoby 20 kg válečku o celkovém průměru asi 10 cm. Uvnitř trubek se nachází sintrované tabletky z oxidu uraničitého.

Kromě 28 kadmiových regulačních tyčí usměrňuje štěpné reakce v aktivní zóně 14 pravidelně rozmístěných komůrek s lehkou vodou – kapalné regulátory zóny (angl. Liquid Zone Controllers). Obyčejná voda totiž v těžkovodním reaktoru představuje absorbér, čehož se využívá pro přesné a rovnoměrné nastavení kritičnosti v reaktoru. Komůrky jsou vodou naplněny jen částečně, nad hladinou vody je neabsorbující plynná atmosféra helia. Pokud dojde ke zvýšení reakční rychlosti v jedné oblasti reaktoru, začne se příslušná komůrka plnit vodou, aby přírůstek vykompenzovala zvýšenou absorpcí.

Reaktor CANDU 6 má dva nezávislé rychlé systémy havarijního odstavení reaktoru. Jedním z nich jsou již zmíněné regulační tyče, které pronikají vertikálně aktivní zónou a v případě odstavení během několika sekund spadnou až na dno. Druhý systém představuje šest vstřikovačů roztoku dusičnanu gadolinitého. Gadolinium je silný neutronový jed (konkrétně jeho stabilní izotopy Gd-155 a Gd-157, zastoupené v přírodní směsi v uvedeném pořadí 14,8 a 15,7 %), takže jeho zvýšená koncentrace zaručí okamžité zastavení štěpných reakcí.

Celkem na mě exkurze velmi zapůsobila. Přestože se jedná o reaktor poněkud složitější, než mně známější VVER, všechna dodatečná zařízení (systém kapalné regulace zóny, zvláštní chladící okruh moderátoru, dvojice zavážecích strojů a mnohá další, o kterých jsem se nedozvěděl) se nakonec do nepříliš mohutného kontejnmentu vejdou. Zvláštně působí jen potrubí sekundárního okruhu, které vede z parogenerátorů nejbližší cestou ke stěně kontejnmentu, aby jej potom po jeho vnější straně obtáčely směrem k budově strojovny. Důvodem je snaha omezit možné důsledky prasknutí tohoto potrubí na vnitřek reaktoru.

Vzhledem k tomu, že palivo si Rumunsko vyrábí samo ze svých zdrojů, neboť nepotřebuje finančně (a zvláště politicky) náročné obohacování, umožní nasazení 2. bloku energetickou snížit závislost Rumunska na dovozu ropy a plynu z ciziny. Pokud vezmeme v úvahu nejen politické vlivy, ale i reálně očekávatelný úbytek dostupnosti těchto zdrojů v nepříliš daleké budoucnosti, nezdá se rumunská volba zcela nezávislého palivového cyklu vůbec špatnou volbou.

Martin Přeček

zpět na úvodní stránku