Student World

***tiskové oznámení České nukleární společnosti

Podle Pavla Hejzlara, ředitele vývojového programu pro pokročilé reaktory v Massachusetts Institute of Technology, by se první reaktory IV. generace mohly objevit již v roce 2015 ve formě demonstračních jednotek. S komerčním využíváním těchto nejmodernějších reaktorů se počítá kolem roku 2030. V současnosti je ve hře šest konceptů reaktorů, vybraných Mezinárodním fórem IV. generace.
Šestici nejperspektivnějších typů reaktorů vybralo Mezinárodní fórum IV. generace (GIF) ze stovky návrhů vloni. Jedná se o rychlé reaktory chlazené plynem, tekutým olovem, tavenými solemi, vodou se superkritickými parametry, tekutým sodíkem a velmi vysokoteplotní reaktory. Právě dva poslední jmenované koncepty jsou ve vývoji nejdále a mohly by kolem roku 2015 s přípravou demonstrační jednotky.

„Všechny reaktory IV. generace musí splňovat přísná kritéria v oblasti bezpečnosti, spolehlivosti, ekologie a ekonomiky,“ vysvětluje Pavel Hejzlar z Centra pro pokročilé jaderné systémy Technologického institutu v Massachusetts. „Výhodou těchto reaktorů bude jejich jednoduchost, bezpečnost založená na fyzikálních zákonech a vysoká účinnost. Jejich hlavní roli spatřuji ve výrobě vodíku, budou však samozřejmě sloužit i k výrobě elektřiny, tepla či k odsolování vody,“ říká Hejzlar. Podle něj je u modelu chlazeného tekutým sodíkem navíc velkým plus uzavřený palivový cyklus – reaktor bude moci využívat vysoce radioaktivní zbytky z použitého paliva dnešních jaderných elektráren. Velmi vysokoteplotní reaktory zase mohou účinně vyrábět vodík termochemickou cestou.

Česká republika se na vývoji reaktorů IV. generace aktivně podílí především v oblasti zkoumání chování materiálů v extrémním prostředí vysokých teplot a radioaktivity. „Díky zdejším vynikajícím chemikům patříme ke světové špičce ve vývoji reaktorů chlazených tavenými solemi,“ vysvětluje Ivo Váša z Ústavu jaderného výzkumu v Řeži. Tento typ reaktoru jako jediný zkoumá možnost využívat tekuté palivo, které bude v aktivní zóně cirkulovat. Vědci si od něj slibují efektivnější využití paliva a minimum odpadů.

Který z konceptů reaktorů IV. generace bude nakonec nejúspěšnější, zatím nelze odhadnout. Vědecká komunita se ale shoduje, že nejdůležitější je v této chvíli jasný postoj politiků k jaderné energii a její roli v energetickém zabezpečení států. Od toho se totiž odvíjí ochota investorů financovat klíčový výzkum.

Typy reaktorů IV. generace

Plynem chlazené rychlé reaktory (GFR)
Má uzavřený palivový cyklus, takže spotřebovává i vysoce radioaktivní aktinidy. Je vhodný především k výrobě elektřiny – turbínu bude roztáčet přímo plyn používaný k chlazení. Díky vysoké teplotě jej ale bude možné využít i k výrobě vodíku termochemickou cestou.

Rychlé reaktory chlazené tekutým olovem (LFR)
Jako chladivo se používá tekuté olovo nebo tekutá směs olova a bismutu. Díky inertním vlastnostem chladiva je reaktor velice bezpečný. S tímto typem chlazení má bohaté zkušenosti především Rusko, které je již přes 40 let využívá v jaderných ponorkách. Reaktory budou k dispozici v několika velikostech: ty nejmenší s životností aktivní zóny 15-20 let budou výhodné především pro malé elektrické sítě nebo pro rozvojové země. Reaktory mohou sloužit k výrobě elektřiny i vodíku.

Reaktory chlazené tavenými solemi (MSR)
Uranové palivo je rozpuštěno v solném chladivu, které pod nízkým tlakem cirkuluje v grafitovém jádru reaktoru. Sekundární chladící systém je využívaný na výrobu elektřiny, reaktor je možné využít i na výrobu vodíku. Kvůli složitému systému není tento typ reaktoru příliš ekonomicky výhodný, využití by ale mohl najít v oblasti zpracovávání izotopů s dlouhým poločasem rozpadu – převážně plutonia a minoritních aktinidů.

Rychlé reaktory chlazené tekutým sodíkem (SFR)
Opírá se o padesát let zkušeností s reaktory na rychlých neutronech v osmi zemích světa. Počítá se s dvěma variantami reaktoru. Menší (150-500 MWe) bude jako palivo používat slitinu z uranu, plutonia, zirkonia a vedlejších aktinidů. Větší (až do 1500 MWe) využije přepracované použité palivo ve formě směsných oxidů. Reaktory budou hlavně vyrábět elektřinu.

Reaktory chlazené vodou se superkritickými parametry (SCWR)
Stejně jako většina dnešních reaktorů využívá k chlazení vodu, ovšem s teplotou až 550°C a pod tlakem 25 MPa. Voda s těmito parametry přímo pohání turbínu (není zde tedy klasický převod na páru), což zvyšuje tepelnou účinnost až na 44 % (tj. asi o třetinu vyšší než současné lehkovodní reaktory). Reaktor je určen na výrobu elektřiny a je vysoce ekonomický.

Velmi vysokoteplotní plynem chlazené reaktory (VHTR)
Tyto heliem chlazené reaktory jsou vyvíjeny ve dvou variantách: s hranolovým palivem (Japonsko, Rusko) nebo s kuličkovým palivem (Čína, Jižní Afrika). Díky vysoké teplotě se s nimi počítá především na výrobu vodíku, popř. s produkcí elektřiny v režimu kogenerace. Účinnost je cílená na 50 %, standardní reaktor tohoto typu by měl denně vyrobit 200 tun vodíku, což znamená ročně nahradit tři milióny barelů ropy.

autor Václav Hanus, Prezident ČNS