Od ponorek k jaderným elektrárnám

V polovině století ovládnou jadernou energetiku zřejmě rychlé reaktory chlazené sodíkem

Má-li se jaderná energetika uplatnit ve velkém i do budoucna, musí začít využívat nové reaktory. Mezinárodní fórum Generace IV (GIV) předpokládá, že v polovině století se prosadí rychlé, sodíkem chlazené reaktory podobného typu jako rychlý v ruském Bělojarsku na Uralu. Už od 90. let minulého století se v americkém ministerstvu energetiky uvažuje o tom, čím nahradit v budoucnu současné nejběžnější lehkovodní (II. generace) i jejich právě přicházející zdokonalené reaktory (III. generace), například evropský EPR, jejž buduje Finsko a plánuje Francie, píše v dnešním vydání švýcarský deník Neue Zürcher Zeitung.

Od roku 2000 se touto otázkou zabývají z americké iniciativy kanadští, francouzští, japonští, jihokorejští, jihoafričtí, švýcarští a evropští odborníci, k nimž se připojili také atomoví vědci z Ruska a Číny. Jejich mezinárodní fórum – Euratom reprezentuje Miloslav Hron z Ústavu jaderného výzkumu v Řeži – definovalo osm základních cílů. Nové reaktory budou lépe využívat energii jaderného paliva a produkovat menší množství radioaktivních odpadů. Zkrátí se i doba, po kterou budou tyto odpady nebezpečné pro životní prostředí. Samozřejmostí je jejich ekonomická výhodnost a finanční rizika srovnatelná s jinými energetickými zdroji stejně jako bezpečnost a spolehlivost. Sníží se též nároky na vnější ochranu elektráren, neboť budou lépe chráněny proti teroristickým útokům a snahám o nelegální získání štěpného materiálu.

Na zasedáních zaznělo více než 130 návrhů, z nichž postupně vykrystalizovalo šest hlavních směrů vývoje, informoval Konstantin Foskolos z villigenského Ústavu Paula Scherrera. Tři navrhované reaktory využívají ke štěpení rychlé neutrony chlazené sodíkem, tedy podobné jako dnes odstavené francouzský Superphénix a japonský Mondžu i více než čtvrtstoletí provozovaný v Bělojarsku, olovo (navazují na zařízení používaná v ruských ponorkách) a plyn (britské ponorky Dragon). Nejnadějněji se pro použití už v polovině století jeví sodíkové.

Rychlé reaktory nepotřebují moderátor zpomalující neutrony. Dokáží „spalovat“ plutonium i další dlouhodobé radioaktivní prvky z transuranové řady. Mohou využít výrazně větší množství energie z použitého paliva než současné lehkovodní, a současně zkrátit dobu nezbytnou skladování vysoce radioaktivního odpadu.

V úvahu dále přichází ultravysokoteplotní reaktor chlazený héliem umožňující vysokou účinnost výroby elektřiny i tepla například pro výrobu vodíku, jenž by měl v budoucnu nahradit v dopravě docházející ropu, tepelným rozkladem vody.

Nejexotičtěji se jeví reaktor chlazený superkritickou vodou a reaktor s tavenými solemi. Zvláštních vlastností chladicí vody při vysokých teplotách a tlacích se už dnes využívá pro výrazné zvýšení účinnosti uhelných elektráren. O reaktoru na tekuté soli uvažovaly koncem 40. let minulého století USA pro pohon vojenských letounů a do roku 1968 provozovaly malý zkušební reaktor. Tvoří ho grafitový blok s kanály, jimiž volně proudí tekuté uranové soli. Tato technologie je vhodná pro „spalování“ transuranů a plutonium i pro výrobu vodíku, vyřešit však zbývá ještě celou řadu problémů, uvádí Foskolos v Neue Zürcher Zeitung.

Další informace:

Kategorizace reaktorů:

Generace I: Prototypy komerčních reaktorů z 50. a 60. let

Generace II: Reaktory postavené v 70. a 80. letech, které nyní tvoří páteř jaderné energetiky. Nejběžnějšími typy jsou lehkovodní reaktory (např. VVER v Temelíně) a těžkovodní reaktory (např. CANDU využívaný v Kanadě).

Generace III: Někdy označované jako „pokročilé reaktory“, vznikají od 90. let minulého století. Od roku 1996 fungují například v Japonsku, do této kategorie spadá i nový reaktor EPR budovaný ve Finsku. Ve Spojených státech získal licenci reaktor AP-600 od Westinghouse Company, žádná nová elektrárna se tam však zatím nestaví.

Generace III+: S uvedením do provozu se počítá kolem roku 2010, zatím procházejí vývojem nebo jsou ve schvalovacím řízení u regulátorů. Patří sem především reaktory s kuličkovým keramickým palivem PBMR (s výstavbou počítá Čína) a americký AP-1000.

Generace IV: Plán na jejich využití je rozvržen až do roku 2030. Místo tradiční vody bude většina využívat k chlazení látky umožňující provoz s mnohem vyšší teplotou a tím i účinností.

Program vývoje jaderných reaktorů čtvrté enerace (Generation Four) se orientuje na zařízení využívající pevné i kapalné palivo. Budoucí reaktory mají být výkonnější a bezpečnější a mají produkovat méně nebo nejlépe žádný dlouhodobě radioaktivní odpad. Úvahy o „jaderném spalování“ nynějšího použitého paliva v reaktorech zcela nového typu stavějí otazník nad nákladným budováním trvalých úložišť, kde by měly tyto odpady ležet až tisíce let. Velice nadějně se jeví výzkumy reaktorů na kapalné palivo, jež přinesly první hmatatelné výsledky už v 60. letech. Mezistupněm mohou být reaktory na kuličkové palivo vyvíjené v Jihoafrické republice.

Ve specializovaném tříčlenném mezinárodním řídicím výboru pro výzkum reaktorů na tekuté fluoridové palivo vytvořené začátkem tohoto roku reprezentuje Miloslav Hron Euratom. Za USA v ní je Charles Forsberg z Národní laboratoře Oak Ridge, za Francii Claude Renault z výzkumného centra v Cadarachi. Na zářijové schůzce v České republice stanoví další směry výzkumu a vývoje těchto reaktorů.

Američané zastavili vývoj reaktorů s rychlými neutrony v 70. letech. Francouzský Superphénix byl kvůli poruchovosti rovněž odstaven, podobně skončil kvůli netěsnostem sodíkového chlazení v roce 1995 i japonský prototyp Mondžu. Společný německo-belgicko-nizozemský projekt Kalkar zahájený v roce 1973 stál plných 7 miliard marek (v dnešních penězích nejméně 4 miliardy eur). Dokončil se za dvanáct let, avšak z politických důvodů, podobně jako předtím rakouská jaderná elektrárna Zwentendorf, se nikdy nespustil. V roce 1995 celý areál koupil Nizozemec Hennie van der Most a vybudoval v něm kongresové středisko, hotely, restaurace a zábavní zařízení.

První přírodní atomové reaktory na uranové palivo byly v provozu před dvěma miliardami let v lokalitě Oklo v dnešním Gabunu. Vysoká koncentrace izotopu U235 a uložení v pórovitých horninách vytvořily příznivé podmínky pro vznik řetězové štěpné reakce. Voda, která po deštích zaplavila ložisko, sloužila jako moderátor podobně jako v dnešních jaderných reaktorech. V Oklu, kde se dnes těží uran pro energetické potřeby, se dosud narazilo na 16 reaktorových oblastí o průměru jeden metr. Výkon každého reaktoru dosahoval 100 kW; jeho energie by stačila pro provoz zhruba dvou set domácností. Každý cyklus spuštění a vyhasnutí trval podle Alexe Meshnika z Washingtonovy univerzity v americkém St. Louis 2,5 hodiny. Přírodní reaktory, jejichž činnost nevědomky zopakoval Enrico Fermi v roce 1942 v Chicagu, běžely plných 150 tisíc let.

Zdroj: JLM

zpět na úvodní stránku