Student World

Čas od času proběhnou tiskem vzrušené zprávy typu „Zásoby uhlí dojdou za 100 let“ či „Do konce století vyčerpáme všechnu ropu.“ Proč však nikdo nebije na poplach u uranu, neobnovitelného zdroje, na němž závisí jaderná energetika, tedy 16 % světové produkce energie? Odpověď snad leží v tajemství rychlých množivých reaktorů.

Přírodního uranu je dostatek. Vtip je v tom, že přes 99 % zásob tvoří izotop U-238, který nelze za současných technologických podmínek štěpit. Všechny jaderné elektrárny musí spoléhat na štěpný izotop U-235, kterého je v přírodním uranu jen pouhých 0,7 %. Tedy téměř všechny. Jak už bylo naznačeno, existuje zvláštní typ reaktorů s přívlastkem rychlý a množivý. Rychlý proto, že na rozdíl od klasických se nesnaží neutrony určené ke štěpení nijak zpomalovat, naopak z jejich rychlosti a tedy vysoké energie těží. A množivý proto, že během reakce vyprodukuje více nového paliva, než kolik sám spotřebuje. Na první pohled to zní jako revoluce, jako vyvrácení základního fyzikálního zákona o zachování hmoty, princip je však jednoduchý a prozaický.
Rychlé množivé reaktory využívají vysoce obohacené palivo z izotopu plutonia Pu-239. Při štěpení Pu-239 vzniká více neutronů než v případě uranu a přebytečné volné neutrony jsou zachycovány jádry přítomného (v přírodě běžného) U-238. Následná reakce vyústí v postupnou přeměnu U-238 na Pu-239. Proto při provozu těchto reaktorů vzniká více plutonia, než se spotřebuje ke štěpení. Cílem konstruktérů bylo dosáhnout poměru použitého paliva k nově vytvořenému 1:1,4, zatím se daří dlouhodobě udržet poměr 1:1,2. Současné reaktory jsou nastaveny tak, aby během deseti let štěpení vyrobily dost paliva pro desetiletý provoz jiného reaktoru.
A jak přesně takový rychlý reaktor funguje? Palivo ve formě oxidu uraničitého a plutoničitého je obklopeno pláštíkem uranu, který reakce „množí“ na plutonium. Protože rychlé reaktory díky vysokému obohacení paliva uvolňují v provozu velké množství tepla, je potřeba je účinně chladit. V klasických reaktorech se používá voda, v tomto případě by ale nestačila teplo odvádět, a tak na scénu přichází lehký kov sodík, který je při teplotách nad 100°C tekutý. Nejenže má mnohem lepší tepelnou vodivost než voda, ale také mnohem vyšší bod varu. Sodík začíná vřít až při teplotě téměř 900°C, proto jej není třeba v reaktoru držet pod tlakem. Jeho nevýhodou je velká reaktivita s kyslíkem i vodou, musí se proto co neúčinněji od obou odizolovat. Aby se riziko nežádoucí reakce snížilo na minimum, bývá obvyklé zavést ještě jeden sodíkový okruh. Chladící sodíkovou kapalinou v reaktoru tedy probíhají sodíkem naplněné trubky sekundárního okruhu, jejichž obsah se působením reaktorového tepla zahřívá. Dál už vše funguje jako každá jiná elektrárna: trubky s horkým sodíkem ohřívají vodu v parogenerátoru, ta se mění v páru a roztáčí lopatky klasické turbíny.
Vyvstává otázka, proč není tak fantastický vynález v každé zemi s jadernými elektrárnami. Funkční demonstrační zařízení totiž najdeme jen ve Francii a v Rusku, státy jako Velká Británie, Německo, USA či Japonsko od rychlých reaktorů naopak odstoupily. Hlavním problémem jsou peníze. Výstavba a provoz rychlých množivých reaktorů je technologicky a tudíž finančně vyčerpávající, jak ostatně dokládá osud největšího a nejslavnějšího experimentálního zařízení Super-Phénix ve Francii. Byl projektován tak, aby při plném výkonu vyráběl o 20 % paliva více, než sám spotřebuje a aby využíval tři čtvrtiny palivové kapacity (jen pro srovnání, klasické lehkovodní reaktory využívají jen 1 %). Po sérii odstávek a technických komplikací byl roku 1997 uzavřen. Výzkum rychlých reaktorů, o nějž projevují zájem i Američané, probíhá na jeho starším bratrovi Phénixovi. Některé státy se navíc obávají možného zneužití vyrobeného plutonia k vojenským či teroristickým účelům. Přesto by se vědecký výzkum neměl k rychlým množivým reaktorům obracet zády. Těžba uranu je sice za dnešních podmínek na trhu velice výhodná, současný vývoj kolem cen ropy by nám ale měl sloužit jako varování pro budoucnost. Je smutné, že příkladem zdokonalování technologie a snižování nákladů jdou zatím především asijské země. Například Indie nejenže na konci srpna rozjela výstavbu nového prototypu množivého reaktoru, ale plánuje do roku 2020 vystavět ještě další čtyři.

Česká nukleární společnost (založena v roce 1992) je dobrovolnou a neziskovou odbornou organizací. Hlavním cílem ČNS je provádět osvětu, napomáhat vzdělávání veřejnosti v oboru jaderné energetiky a šířit objektivní informace z oblasti mírového využívání jaderné energie. Je členem Evropské nukleární společnosti.

Kontakt:
Václav Hanus
Prezident ČNS
E-mail: cns.csvts@seznam.cz

autor