"Myslím, že reaktory ve Fukušimě už snad mají nejhorší za sebou a od této chvíle bude situace už jenom klidnější," říká Dušan Kobylka z Katedry jaderných reaktorů FJFI ČVUT. Svůj názor neopírá jen o odborné zkušenosti. Vytvořil také jednoduchý model chování reaktorů elektrárny Fukušima, který jeho opatrný optimismus může graficky srozumitelně vysvětlit i laikům.
Vysvětluje, proč byly pro zvládnutí havárie klíčové první desítky hodin. Když se tyto krizové chvíle podařilo překonat, jsou reaktory podstatně zvladatelnější, soudí český atomový odborník.
Každá hodina dobrá
Porozumět principu není složité. "Důležité je si uvědomit si, že reaktory nevytvářejí elektřinu, ale teplo," shrnuje Kobylka. Většina z nás to asi ví, ale málokomu je jasné, kolik tepla v reaktoru vlastně vzniká.
V okamžiku zemětřesení tak například reaktor 1. bloku elektrárny Fukušima ve své aktivní zóně vytvářel zhruba 1 400 megawattů tepla. Teplo se mění u těchto elektráren na elektřinu s účinností asi 31,8 procent (u moderních typů to bývá mírně víc). Výroba elektřiny činila tedy zhruba 460 MW, tedy necelou polovinu jednoho bloku Temelína.
Silnější reaktory 2. a 3. bloku vyráběly zhruba 780 MW elektřiny. V jejich nitru tedy vznikalo přes 2 400 MW tepla.
Graf - Zbytkový výkon odstaveného jaderného reaktoru
Po zavedení regulačních tyčí tepelný výkon neklesne k nule okamžitě. Po hodině, kdy v elektrárně přestala fungovat čerpadla poháněná dieselgenerátory, činil místo 2 400 zhruba 40 MW u silnějších reaktorů 2 a 3 a necelých 23 MW u slabší jedničky. To je počáteční okamžik uvedeného grafu.
Ohromný a rychlý propad výkonu je dán z počátku dobíhající řetězovou reakcí, posléze rozpadem nahromaděných produktů štěpení. Tvoří sice jen malou příměs ve většinovém uranu, ale intenzivně září a generují teplo i po odstavení reaktoru, tedy po zastavení štěpné reakce. Protože je jich ale v celkovém množství uranu tak málo, vyrábí podstatně méně tepla než reaktor za chodu.
Množství vytvářeného tepla, tzv. tepelný výkon, tak sice rychle kleslo z více než tisíce megawattů na několik desítek. Ale i to je spousta energie, která se v reaktoru drží jako v termosce, a kterou je třeba odvádět, aby teplota v aktivní zóně nestoupala.
Střední teplota paliva pracujícího reaktoru typu Fukušimy se pohybuje zhruba mezi 400 až 600°C. Když se reaktor po odstavení nějakým způsobem nechladí, během několika hodin se vlivem zbytkového tepla může vyšplhat až k teplotám tavení paliva.
Navíc se při těchto vysokých teplotách poškozují povlaky paliva a vzniká vodík (od cca 1 200°C). Z paliva se uvolňují další radioaktivní prvky a aktivní zóna reaktoru je částečně nebo i zcela ztracena.
Rozebrat nepoškozený odstavený reaktor brzy po odstavení je drahé a možné jen za dodržování přísných bezpečnostních opatření. Rozebrat reaktor s poškozenou aktivní zónou je s dnešní technikou téměř nemožné.
Jsme na teplotní rovince
Pro omezení následků havárie je tedy klíčové udržet teplotu v reaktoru v přijatelných mezích. Jak jasně ukazuje výše uvedený graf množství vývinu zbytkového tepla, je to nejtěžší v prvních hodinách po havárii. Bez řádného chlazení by se reaktory přehřívaly nejrychleji.
"Nyní vstupujeme do klidnější fáze (cca 150 hodin po odstavení), kdy, jak je vidět z grafu, tepla vzniká už výrazně méně a jeho množství postupně mírně klesá a bude klesat i v budoucnu," shrnuje Dušan Kobylka.
Podle jeho výpočtů by ve čtvrtek ráno českého času měly reaktory vytvářet kolem jen pár megawattů tepelné energie. Tedy o řád méně než v době, kdy do areálu elektrárny dorazilo tsunami. Čas je v tomto případě na straně techniků.
Přesto současný tepelný výkon nejslabšího reaktoru jedna dokáže za den uvést do varu přes sto tun vody. V případě silnějších reaktorů 2 a 3 je to přes dvě stě tun denně. Důležité je tedy udržet stálé chlazení reaktoru. Používaná mořská voda je vhodná, dobře přenáší teplo.
Pokud se technikům podaří zaplavit celou oblast reaktoru (přesněji oblast aktivní zóny a primárního kontejnmentu, tedy ochranného obalu) bude to stačit. Palivo by se už přehřívat nemělo. Do reaktorů se ovšem musí dostat tolik vody, kolik se z nich odpařuje.
Čerpání vody má i další pozitivní efekt. Voda stíní okolí, a snižuje tak úroveň radiace v elektrárně. I proto v reaktoru zřejmě zůstane, než se podaří zprovoznit jiný systém ochlazování reaktorů.
