Chcete si počíst slovensky?Našim čtenářům ze Slovenska, či všechny, kdo by si chtěli pocvičit slovenštinu, nabízíme článek i v překladu do slovenštiny. |
Země bývalého Československa hrály v historii vědeckého výzkumu radioaktivity jednu vedlejší, ale ne úplně nedůležitou roli: Marie Curie-Skłodowska i jiní odborníci pracovali s jáchymovským smolincem. Právě v něm tato dvojnásobná nositelka Nobelovy ceny objevila radium, což zásadně pomohlo k pochopení podstaty radioaktivity jako projevu rozpadu atomových jader.
Historický detail dobře ilustruje výhodu, kterou Československo na začátku výzkumu a vývoje atomu mělo. Generace atomových průkopníků (jmenujme za všechny profesora Václava Petržílku) si ji dobře uvědomovala. Ze „socialistického tábora“ pouze dvě země mimo SSSR zahájily svou cestu k jaderné energetice. Ovšem zatímco Východní Německo sáhlo po sovětské technologii (nakonec osvědčených) reaktorů typu VVER, Čechoslováci byli ambicióznější: rozhodli se postavit reaktor do značné míry unikátní, který by na rozdíl třeba od tzv. tlakovodních VVER reaktorů využíval jako paliva přírodního kovového uranu.
Nemuseli bychom tedy kupovat palivo obohacené uranem 235 ze zahraničí (tehdy SSSR), ale vyrábět si ho sami. Stavět závod na obohacování se v českých podmínkách nemohlo (a stále nemůže) vyplatit, jde o extrémně náročnou technologii, pro kterou musíte mít dostatečné množství zákazníků.
Jak ho rozhýbat
Přírodní uran ovšem není zrovna ideální palivo, protože obsahuje jen zlomek (sedm desetin procenta) štěpitelného uranu U-235, zbytek tvoří z hlediska jaderného „hluchý“ uran 238. Znamená to, že štěpná reakce v takovém materiálu probíhá jen neochotně, a reaktor, který chce neobohacený uran využívat, musí být ve srovnání s dnes rozšířenými komerčními typy velmi „exotický“.
Čechoslováci se proto rozhodli pro reaktor využívající tzv. těžkou vodu, čili D2O. Je to chemicky v podstatě voda - v molekule jsou však místo dvou atomů běžného vodíku dva atomy jiné „varianty“ (izotopu) vodíky, atomy deuteria (odtud D ve vzorci). To je laicky řečeno „těžký vodík“, protože obsahuje v jádře proton a neutron; běžný vodík v jádře žádný neutron nemá.
Řez reaktorem A1. Reaktor je ve středu obrázku (oranžová „nádoba“ ve spodním patře), vpravo od něj je parogenerátor. Ve „žluté“ hale vlevo je vidět zavážecí stroj (červený).
Z hlediska jaderných fyziků má těžká voda tu výhodu, že je výborným „moderátorem“ a jen minimálně pohlcuje neutrony. Dokáže dobře „zpomalovat“ (tzv. moderovat) neutrony vylétající z rozpadajících se jader uranu. Ty jsou tak rychlé, že za běžných okolností by prakticky okamžitě vyletěly bez užitku z reaktoru. K udržení štěpné reakce je ale nutné, aby část z nich zasáhla další atomy, rozbila je, z nich vylétly další neutrony atd. Jedině tak může zařízení vyrábět energii.
Voda je relativně dobrý materiál pro moderaci, a těžká voda je ještě lepší, protože se v ní méně neutronů „ztratí“, když se zachytí v jádrech jejích atomů. D2O tak dokáže udržet v chodu i reaktor obsahující neobohacený přírodní uran. Je ovšem extrémně drahá, a ve větším měřítku se dnes používá jen v osvědčených kanadských reaktorech CANDU.
Druhou zvláštností reaktoru bylo z dnešního pohledu i zvolené chlazení pomocí oxidu uhličitého (CO2). Teplo z reaktoru odváděl plyn (CO2) pod vysokým tlakem do parogenerátorů v nichž se produkovala pára pro pohon turbogenerátorů, které vyráběly elektřinu. (Těžká voda a plyn měly samozřejmě vlastní okruhy, o tom dále.) Plynem chlazené reaktory mají své výhody, například mohou pracovat s vyššími teplotami na výstupu z reaktoru, čímž se zvyšuje účinnost výroby elektřiny, ale také nevýhody (třeba spotřebuje větší díl vyrobené elektřiny na vlastní provoz), a tak boj s reaktory chlazenými vodou z různých důvodů prohrály. V době rozhodování o podobě první československé jaderné elektrárny to ale těžko někdo mohl vědět.
Jede, jak se dá
I když rozhodnutí o typu reaktoru padlo v tehdejší ČSR (název ČSSR se používal od roku 1960), a někdy se označuje za „československý“, konstrukční návrh reaktoru a dalších klíčových částí elektrárny se prováděl v úzké spolupráci se sovětskými odborníky. Z velké části vznikl během dlouhé stáže našich inženýrů a techniků v SSSR. Experti z východu také byli na elektrárně přítomni i během stavby a spouštění do provozu. Ovšem výrobu a stavbu zajišťovaly výhradně podniky československé: projektantem byl Energoprojekt Praha, technologie dodávala Škoda Plzeň, ČKD, První brněnská, ZVVZ Milevsko, Strojárne Dubnice a další. Stavební část prováděl Hydrostav Bratislava.
Reaktor dostal označení KS-150 (říká se že z ruského „Kotěl Stancionnyj“, ale také „kritický soubor“ 150 MW) a celý projekt byl pak označen jako A-1 (A jako „atom“, samozřejmě). Stavba začala v srpnu 1958 asi tři kilometry od obce Jaslovské Bohunice u Trnavy. Rozhodně však nešla nijak hladce, a tak ke spuštění elektrárny došlo až v říjnu 1972 s cenovkou zhruba tři miliardy tehdejších československých korun.
Provozní výsledky nebyly oslnivé. Během prvních pěti let byl reaktor více než třicetkrát neplánovaně odstaven, a nedařilo se plně dosáhnout ani plánovaných výkonů. Potíže byly s nejrůznějšími částmi elektrárny, například parogenerátory, tedy zařízeními, ve kterých CO2 odcházející z reaktoru předával teplo páře pohánějící turbíny. V nich se našlo za provozu cca 130 tisíc mikroskopických netěsností, takže slovy pamětníků „se tam neustále svařovalo“. Potíže pak vyvrcholily dvěma událostmi, které se bohužel neblaze zapsaly do dějin atomové energie u nás.
Technické srdce A1Výroba elektřiny v elektrárně A1 probíhala v reaktoru, který nesl typové označení KS-150 . Číslice v názvu označuje plánovaný elektrický výkon reaktoru, který byl zhruba 150 MW. Přesně to mělo být podle projektu 144 MW, z nichž ještě zhruba 34 MW měla spotřebovat samotná elektrárna, takže do sítě dodával 110 MW. V praxi byl během provozu výkon poněkud horší, maximální dosažený elektrický výkon byl 127 MW. Reaktor za provozu měl podle projektu vyrábět 560 MW tepla, takže efektivně se na výrobu elektřiny dařila využít asi čtvrtina celkového výkonu zařízení. (Dnes se u moderních reaktorů díky různým vylepšením efektivita využití tepla blíží 35-40 procentům.) Tlaková nádoba reaktoru byla válcového tvaru o průměru 5,1 m, výšce 20 metrů, tloušťce stěn 150 mm a celkové hmotnosti 705 tun (včetně víka a šroubů) svařená z kovaných dílů uhlíkové oceli. V ní byla na úrovni aktivní zóny umístěna nádoba z hliníkové slitiny na těžkou vodu, která měla průměr 4,5 m a výšku 5,8 m o celkové hmotnosti 32 tun. Aktivní zóna reaktoru byla taktéž válcová s průměrem 3,65 m a výškou 3,91 m, přičemž byla opatřena radiálním reflektorem o tloušťce 420 mm. Všech 148 vertikálních palivových kanálů bylo uspořádáno ve čtvercové mříži o rozteči 250 mm, pro lepší rozložení neutronového toku po poloměru byla aktivní zóna rozdělena na dvě pásma. Vnitřní pásmo obsahovalo 44 palivových kanálů, vnější pásmo 104 palivových kanálů. |
Nestačili doběhnout
První z nich byla z hlediska technického méně vážná, ale měla větší následky na životech: pátého ledna 1976 totiž na elektrárně zahynuli dva lidé. K nehodě došlo během výměny paliva, což byla činnost na elektrárně zcela obvyklá. Využití přírodního uranu si to vyžadovalo.
Palivo se do reaktoru zasouvalo shora z tzv. reaktorové haly v podobě dlouhých válců („článků“) dlouhých zhruba pět metrů do připravených kanálů hlubokých více než deset metrů. Článek se měl po zasunutí do otvoru na dně pak pomocí speciálního mechanismu zachytit, ale to se 5. ledna 1976 nestalo. Kvůli chybě při kompletaci článku a namáhání během manipulace se mechanismus „zámku“ vyklopil jen z části, takže zátka nebyla dostatečně upevněná.
Ve chvíli, kdy už ho obsluha považovala operaci za hotovou, a kanál za uzavřený a utěsněný zátkou, pětimetrový článek vyletěl z reaktoru jako střela. Není se co divit, plyn v chladícím okruhu měl tlak 60 atmosfér. Při samotné události, která nastala přesně za pět dvanáct (opravdu přesně v 11:55 ) nebyl nikdo naštěstí zraněn, ale do haly se začal dírou okamžitě valit oxid uhličitý. Tři lidé, kteří byli na místě, vyvolali poplach, a z haly utekli ve zcela oprávněném strachu z udušení.
Signál bohužel nezaslechli včas dva zaměstnanci (Libor Benda a Izidor Ferech) pracující v jiné místnosti pod reaktorovou halou, kam CO2 začal také rychle proudit. Nebezpečí si uvědomili a vydali se směrem k východu, ale zřejmě jim došly síly a udusili se dříve, než se dostali do bezpečí.
Obsluha v řídicí místnosti se v té době snažila zachránit samotnou elektrárnu. Únik CO2 znamenal, že klesala účinnost chlazení a hrozilo, že reaktor se přehřeje. Je nemožné, že by mohlo dojít rozběhu neřízené štěpné reakce či většímu výbuchu, ale zřejmě by došlo k něčemu podobnému jako na reaktorech ve Fukušimě – k velkému poškození či roztavení části aktivní zóny reaktoru. To by znamenalo jeho naprostý odpis.
Výroba zavážecího stroje pro elektrárnu A-1 v plzeňské Škodovce.
Nakonec se však dva zaměstnanci vybavení dýchacími přístroji vrátili na reaktorový sál, a otevřený kanál uzavřeli hlavicí stroje na výměnu palivových článků (tzv. zavážecí stroj). Šance se nejevily zprvu jako příliš slibné: proud unikajícího plynu byl tak silný, že dotyčný, technik Viliam Pačes, nedokázal přesně zaměřit na záměrný kříž technologického kanálu, protože obraz v „zaměřovači“ stroje se vlnil (stroj byl vybaven optikou se záměrným křížem). Navíc byl vršek kanálu namrzlý, protože rychle expandující plyn se zchlazoval tak prudce, že vlhkost z okolního vzduchu se vysrážela a zamrzla. Trefa však nakonec byla dokonalá, navíc námraza sama roztála, když se únik plyn částečném zablokování otvoru zpomalil. Zhruba hodinu po nehodě (ve 12:59) tak byla situace pod kontrolou.
Škody na reaktoru naštěstí nebyly příliš vážné, a i únik radioaktivity byl velmi omezený. A-1 obstála poměrně dobře, i když obsluha v počáteční situaci evidentně nereagovala správně a její zásah situaci mohl jen zhoršit (hrozilo přehřátí). O rok a měsíc později to bylo jinak.
Deset deka katastrofy
Dne 22. února 1977 totiž při vkládání palivového článku došlo k další nehodě. Bylo to v pozdním odpoledni a vývoj událostí se zdál na pohled trochu méně dramatický. Když tehdy totiž obsluha vložila článek do připraveného kanálu, ten se po několika minutách začal pomalu vysouvat zpět. Měření teploty také naznačovala, že teplota v kanálu přesahuje přípustné hodnoty, takže obsluha, která neměla přesnou představu, co se děje, reaktor v 18:27 (zcela správně) odstavila. V tu chvíli nikdo nevěděl, že znovu už ho nespustí.
Když se později podařilo problémový článek prohlédnout (na to byla na A-1 speciální tzv. horká komora, do které se dívalo průzorem se stínícím olovnatým sklem), zjistilo se, že je článek v podstatě přepálený napůl . Palivový článek byl pokrytý vrstvou černých usazenin, ve kterých ale byly k vidění kupodivu bílé kuličky, které se podařilo určit jako silikagel. To je chemicky oxid křemičitý ve formě granulí či kuliček, který dobře pohlcuje vlhkost, a proto se používá k jejímu pohlcování.
Na A-1 se silikagel přidával do plastových pytlů, v nichž se skladovaly smontované články. Zpětné šetření ukázalo, že když obsluha v dílně palivových článků zmíněný článek vyndavala z obalu, aby ho připravila k zavážce do reaktoru, článek se silikagelem byl roztržený. Zaměstnanci vysáli kuličky, které viděli, ale pořádně článek neprohlédli. Zhruba sto gramů silikagelu propadalo mezi jednotlivé proutky s palivem a zachytilo se na distančních mřížkách, které sloužily ke udržení vzdálenosti mezi jednotlivými proutky článku.
Řez palivovým článkem pro elektrárnu A-1. Snímek byl proti originálu otočen o 90 stupňů doprava.
Silikagel nebyl vidět, ale při vkládání zafungoval jako zátka, která seškrtila průtok chladícího CO2, obtékajícího kolem proutků s palivem. Může se to zdát jako drobnost, ale při „síle“ jaderného reaktoru měla osudné následky: dotyčná část článku se nakonec zahřála až na teploty kolem 1 400°C. Při těchto teplotách kov chránící uranové palivo odtavil z tyčí a i kovový uran začal v CO2 hořet. Dolní část článku se odtavila a její část skončila roztavená na dně „komory horkého plynu“ a stěnách palivového kanálu.
Roztavený materiál bohužel napáchal značné škody. Jak jsme již říkali, palivové články chladil průtok oxidu uhličitého, zatímco k „udržení“ reakce (moderaci neutronů) se používala těžká voda. Ta proudila jiným okruhem než chladící CO2 – zjednodušeně si to můžeme představit tak, že reaktor tvoří les trubek s proudícím plynem posazených v bazénu naplněném (těžkou) vodou. Extrémní žár hořícího článku však propálil stěnu oddělující plyn od vody, a tím se vytvořila celá řada problémů.
O nehodě superpodrobněText vděčí za svůj vznik především článku, který pro časopis Bezpečnost jaderné energii napsali před lety pamětníci nehody z technického personálu elektrárny A-1. Text považujeme za velmi zajímavý pro zájemce o problematiku, a protože není nikde veřejně dostupný se svolením redakce Bezpečnosti jaderné energie a hlavního autora ho dáváme k dispozici na tomto odkazu (formát PDF, velikost cca 8 MB). Všem tímto zároveň děkujeme za jejich vstřícnost. |
Voda se dostala do okruhu CO2, a tím i ke všem ostatním článků v reaktoru. Protože ochranná vrstva prutů s palivem byla ze slitiny hořčíku a berylia, začala se ve vlhkém CO2 rozpouštět. Po celém okruhu chlazení se šířily radioaktivní materiály, které by jinak zůstaly uvnitř proutku. Významná část zařízení tedy začala nebezpečně zářit. Alespoň únikům do okolního prostředí se podařilo z velké části zabránit, byť ne úplně. (Muselo dojít k sanaci potoka Manivier, do kterého vytékala odpadní voda z elektrárny, protože tam došlo k poměrně významnému překročení norem. Následky na zdraví obyvatel zaznamenány nebyly.)
Poškození bylo veliké a bylo jisté, že náprava situace by byla drahá. Škody na reaktoru i parogenerátoru byly značné (u jednoho z parogenerátorů se mluvilo o celkové výměně, což by byla ohromná investice). Navíc se v té době už v Jaslovských Bohunicích probíhala výstavba „klasického“ tlakovodního reaktoru VVER-440. Nakonec tedy přišlo rozhodnutí, které se asi dalo čekat: provoz A1 bude ukončen. První jaderná elektrárna na území bývalého Českoslovenka tedy nakonec fungovala 19 261 hodin (cca dva roky a měsíc čistého času), vyrobila 1464 GWh a dodala do sítě 916 GWh. Pro srovnání: elektrárna Temelín na dvou blocích vyrobila v roce 2015 zhruba 14 230 GWh.
Dlouhý konec
K A-1 se přistupovalo jako k „uhelce“Jedním ze zaměstnanců na A-1 byl i pozdější ředitel Temelín František Hezoučký. V rozhovoru říká, že při projektování se příliš dbalo na fyziku reaktoru, a málo na jeho provozní vlastností. |
Následky nehody, o které se nemluvilo, se odstraňují dodnes. Až do roku 1995 probíhalo v A-1 technickou terminologií řečeno „ukončování provozu“, byť elektrárna od února 1977 nikdy nefungovala. Odvážení paliva, které všechno skončilo v Rusku (či bývalém SSSR), bylo ukončeno až v roce 1999, od té doby se pracuje na jiných částech.
Nejprve byla rozebrána původní strojovna, ve které vznikl provoz na nakládání s odpadem. Začalo se samozřejmě méně nebezpečným materiálem, typu oblečení obsluhy a dalšího málo aktivního materiálu. Teprve postupně se bude přecházet k likvidaci i samotného jádra elektrárny. K nim by se však technici a inženýři měli dostat až po roce 2025 s termínem dokončení zatím stanoveným na rok 2033. Likvidace stavebních částí ale bude probíhat nadále, zřejmě až do roku 2050. Jaderné nehody mívají dlouhý život, i když na jejich začátku je jen pár desítek gramů malých, průhledných kuliček.
Článek byl převzat z magazínu Svět plný energie věnujícím se energetice. Byl redakčně upraven. Originál (ve slovenštině) najdete zde.
