Vědci vyvíjejí nové jaderné elektrárny. Spálí i dnes vyhořelé palivo

aktualizováno 
Vědci v nejvyspělejších zemích světa pracují na vývoji reaktorů, jimž se říká Generace IV. Projekt jejich vývoje navrhlo Mezinárodní fórum pro přípravu Generace IV (GIF) v roce 2000. Jeho členy je nyní devět zemí světa a Evropská unie.

Jaderná elektrárna Temelín | foto: MF DNES

Jaké budoucí jaderné elektrárny by se měly stavět, aby se jejich potenciální rizika dále snížila? Podle Mezinárodní agentury pro atomovou energii pochází celosvětově asi 15 procent elektřiny z jaderných reaktorů. Po jaderné nehodě v Japonsku se ukáže, jestli toto číslo poklesne.

"V příštích desetiletích zůstane jaderná energetika jediným energetickým zdrojem schopným vyrobit dostatek finančně dostupné elektřiny a přitom nevypouštět do ovzduší oxid uhličitý, jenž se podílí na globální změně klimatu a který produkují uhelné, ropné i plynové elektrárny," říká Roland Schenkel, donedávna generální ředitel Společného výzkumného střediska Evropské unie (JRC).

Typy jaderných reaktorů

V jaderných elektrárnách dnes pracují různé typy reaktorů. Jejich základní princip je vždy stejný - do těžkých jader atomů uranu, případně plutonia v nich narážejí neutrony, těžká jádra se při nárazu štěpí a uvolňuje se energie.

Tlakovodní reaktory: Nejrozšířenější typ reaktoru na světě představuje asi 60 procent všech reaktorů. Je známý pod anglickou zkratkou PWR a patří sem i ruské reaktory označované jako VVER.

Tento typ reaktoru pracuje i v Dukovanech a Temelíně. Potřebuje jako palivo uran mírně obohacený ve specializovaných závodech.

Reaktor ochlazuje obyčejná voda, která je pod tlakem, takže se ani při vysoké teplotě nevaří. Voda také slouží ke zpomalování (moderování) neutronů, které pak díky nižší rychlosti lépe štěpí jádra uranu.

Podstatné je, že voda z uzavřeného prvního okruhu, která se ohřívá teplem jaderné reakce, pak předává v parogenerátorech teplo vodě ze sekundárního okruhu, jež teprve vytváří páru, která pohání turbínu a vyrábí elektřinu.

Varné reaktory: Známé pod anglickou zkratkou BWR. Druhý nejrozšířenější typ reaktorů (asi 20 procent všech světových reaktorů). Používá obohacený uran, případně i palivo obohacené plutoniem. I tady neutrony zpomaluje a reaktor chladí obyčejná voda. Ta se však už v reaktorové nádobě mění na páru a přímo pohání turbínu. Není tu tedy druhý okruh.

Tyto reaktory jsou zejména v USA, Německu, Japonsku a Švédsku; šest takových reaktorů pracovalo i v japonské elektrárně Fukušima I, kterou zasáhlo zemětřesení.

Těžkovodní reaktory: Využívají k chlazení i ke zpomalení neutronů těžkou vodu (s vodíkovým izotopem deuteriem). Jako palivo stačí zcela běžný uran, ve vyhořelém palivu je pak více vojensky využitelného plutonia, což může podnítit šíření jaderných zbraní. Jejich zastoupení ve světě představuje asi 10 procent. Jsou provozovány hlavně v Kanadě, Indii, Jižní Koreji, Rumunsku a Argentině.

Plynem chlazené reaktory: Chladí je zpravidla plynný oxid uhličitý nebo helium, neutrony se brzdí v grafitu. Reaktory mohou využívat přírodní uran. Nejsou příliš rozšířené, jsou provozovány jen v Británii.

Rychlé množivé reaktory: Není v nich moderátor. Jako palivo využívají směs uranu a plutonia; plutonia z reakce vystupuje víc, než do ní vstupuje, a dá se pak využít jako palivo pro další reaktory nebo pro jaderné zbraně. Největší zkušenosti s nimi mají Francie a Rusko, staví se v Indii a Číně.

Vodou chlazené, grafitem moderované reaktory: Sem patří typ RBMK, který způsobil černobylskou havárii. Již se nestaví, několik těchto reaktorů však funguje v Rusku.

Generace IV v přípravě

"Připravíme nové reaktory tak, aby byly ekonomicky výhodnější a současně výrazně spolehlivější a bezpečnější než ty současné," prohlašuje Jacques Bouchard, francouzský jaderný fyzik a předseda GIF.

15 %

elektřiny spotřebované ve světě pochází z jaderných elektráren.

Vědci soudí, že by v Generaci IV mělo být šest typů reaktorů. Časem se ukáže, které budou nejslibnější a vývoj kterých se naopak zbrzdí.

Ve hře jsou tři různé nové typy takzvaných rychlých reaktorů, jimž se také říká množivé, které mají být chlazeny sodíkem, olovem nebo heliem. Jejich podstatou je, že se v nich vytvoří více štěpného materiálu, než se spotřebuje. V reaktoru se uran 238 změní v plutonium, které lze využít jako palivo. Přebývající plutonium se pak dá použít v jiných reaktorech. Základní princip i provozní vlastnosti rychlých reaktorů už ověřilo zejména Rusko a Francie.

Teď je však nutné tuto koncepci upravit do technicky i ekonomicky nejvýhodnější podoby. Výhodou je možnost využívat v takových reaktorech jako palivo izotop uranu 238, kterého je na světě mnohem víc než dnes užívaného uranu 235. Izotop 235 totiž tvoří jen 0,7 procenta přírodního uranu.

Teplota pro vodík

Do Generace IV dále patří jeden typ reaktoru, který bude využívat vysoké teploty, takzvaný vysokoteplotní reaktor. Tím by se zvýšila účinnost výroby elektřiny nebo by mělo být možné využít dosažené teploty k výrobě vodíku. Právě o vodíku se totiž někdy uvažuje jako o palivu, které nahradí benzin a naftu pro automobily. Jeho výroba je dnes drahá. Vysokoteplotní jaderné reaktory by ji mohly zlevnit. Chladicím médiem v těchto reaktorech má být helium horké až tisíc stupňů.

Dalším navrhovaným typem je reaktor chlazený takzvanou superkritickou vodou, což je podobné současným reaktorům. Nadkritický či superkritický stav vody nastává při teplotě nad 374 stupňů a při vysokém tlaku, kdy není prakticky rozdíl mezi kapalnou vodou a párou. Tento reaktor má zvýšit účinnost výroby elektřiny zase o několik procent.

Pro budoucí provoz je potřebné prozkoumat, jak na materiály, které budou s horkým heliem nebo superkritickou vodou v kontaktu, působí ionizující záření.

"Právě vliv záření na materiály budou zkoumat i vědci u nás ve speciálních experimentálních smyčkách," říká Zdeněk Kříž, vědecký sekretář Ústavu jaderného výzkumu v Řeži u Prahy.

Odpad bude znovu palivem

Posledním směrem výzkumu Generace IV jsou reaktory chlazené tavenými solemi. Je to zcela nový koncept, při němž je palivo v tekutém stavu. I na tomto směru výzkumu se podílejí čeští vědci.

Reaktor by umožnil "spalovat" vyhořelé palivo ze současných jaderných elektráren. Tato odpadní směs vysoce radioaktivních látek může být nebezpečná až sto tisíc let.

Reaktor by umožnil „spalovat“ vyhořelé palivo ze současných jaderných elektráren.

 Princip opětovného využití je takový, že se vyhořelé palivo rozpustí v roztavených solích, například ve fluoridech. V tomto stavu se pak v reaktoru dále štěpí a mění v prvky, které se rychleji rozpadávají. Tímto způsobem by se dalo vyhořelé palivo opět využít, a ještě by se přeměnilo v materiál, který ztratí svoji nebezpečnou radioaktivitu už v průběhu několika set let. Tím by se starosti s ním výrazně snížily.

Za čtvrt století

Které směry výzkumu se ukážou jako výhodné a od kterých se ustoupí, se teprve ukáže. Jaderný výzkum je dlouhodobá záležitost. Kompletně nové reaktory nebudou připraveny dříve než za čtvrt století - s výjimkou rychlého reaktoru chlazeného sodíkem, s nímž mají vědci větší zkušenosti. Pokud do té doby podstatně nevzroste výroba elektřiny z obnovitelných zdrojů, bude svět jaderné elektrárny s novými, ještě účinnějšími a bezpečnějšími typy reaktorů určitě potřebovat.

Autoři:
 

Nejčtenější

Ochranka prezidenta Putina mate GPS. Lodě se přemístily na pevninu

Obrázek ukazuje pozice rušených lodí na letišti ruského města Gelendžik, ležící...

Americká nezisková organizace C4ADS si všimla, že když se ruský prezident Vladimir Putin přiblíží k přístavu, satelitní...

Hodinky, které zachránily astronautům život, když vše ostatní selhalo

Budoucí legenda. Omega Speedmaster za nedlouho těmto hodinkám nikdo neřekne...

Před čtyřiceti devíti lety se ve vesmíru odehrála jedna z nejnapínavějších událostí. Havárie Apolla 13 mohla lehce...

Neuvěřitelné množství chyb! Jako zázrakem většina lidí havárii přežila

Pohled na kokpit, patrný je splasklý skluz. Boeing 707 společnosti BOAC...

Piloti letu BA712 společnosti BOAC udělali koncem šedesátých let jednu fatální chybu. Neaktivovali hasicí zařízení...

Černé díry mohou ovlivnit celé galaxie, řekl astrofyzik v Rozstřelu

Astronom Jiří Svoboda v diskusním pořadu Rozstřel (12. dubna 2019)

Ve středu astronomové z projektu Event Horizon Telescope ukázali vůbec první fotografii černé díry. Co to pro vědu...

OBRAZEM: „Největší“ letadlo světa se vydalo na svůj první let

První let stroje Stratolaunch (13. duben 2019)

Speciální letadlo Stratolaunch, které bude sloužit jako platforma pro vypouštění kosmických raket, absolvovalo v sobotu...

Další z rubriky

Poslední sekundy před havárií: piloti boeingu bojovali, ale ne zcela správně

V Etiopii se krátce po startu z hlavního města Addis Abeby zřítilo letadlo se...

Postupovali piloti před havárií Boeingu 737-8 MAX letu ET-302 správně? Udělali pro záchranu vše, co mohli? Podle...

Letuška se mohla zachránit, vrátila se však do plamenů pro cestující

Letoun Boeing 707 společnosti BOAC imatrikulace G-ARWE v plamenech na letišti...

Oheň z poškozeného motoru vedl osmého dubna 1968 ke strašlivé havárii Boeingu 707 v Londýně. Těsně po nouzovém přistání...

Legenda z Kunovic létá po celém světě. L-410 Turbolet slaví padesátiny

Turbolet v ruských barvách

Jednou z největších legend, kterou dal světu československý letecký průmysl, je malý dopravní stroj L-410 Turbolet z...

Najdete na iDNES.cz