Češi jsou v čele vývoje reaktorů nové generace

Jaderné experimenty, které zvládne Centrum výzkumu Řež, se dají udělat na pěti místech na světě. I proto si české centrum vybraly USA pro spolupráci při testování speciální soli, která by se mohla použít pro chlazení nové generace jaderných reaktorů.

 Zkušební reaktor
26.2.2015 6:23   |  

Stávající jaderné elektrárny jsou jistě zázraky moderní techniky. A přece stačí vedle postavit moderní uhelnou elektrárnu a bublina dokonalosti splaskne. Dvě třetiny energie rozbíjených atomových jader vyletí jako odpadní teplo bezúčelně chladicími věžemi do vzduchu. Nové uhelné zdroje mají účinnost přes 40 procent.

Potíž je v teplotě vody, která od jaderného paliva odvádí teplo ke generátorům páry. Teplota se pohybuje do 350 stupňů Celsia. Fyzikální zákony ani sebelepší turbíně nedovolí, aby z takto předaného tepla přeměnila na elektřinu více než třetinu. Ale co kdyby se v reaktoru a dalších okruzích pracovalo s výrazně vyšší teplotou?

A co kdyby místo vody přenášelo teplo z reaktoru něco jiného, třeba sůl nebo plyn? Najednou by se dala na elektřinu přeměnit až polovina vyrobeného tepla. To, které nespotřebuje turbína, by se použilo na výrobu vodíku pro auta a pro nedaleké chemičky, rafinerie či ocelárny. Vítejte ve světě jaderných reaktorů čtvrté generace.

Unikátní výzkumné podmínky

Pohled do útrob zkušebního reaktoru LR-0 v pražském Centru výzkumu Řež (CV Řež) není moc vzrušující. V hliníkové nádobě čeká šest zkrácených temelínských palivových kazet, až budou moci neutrony ostřelovat nové vzorky. „Máme za sebou první experiment s roztavenou solí fluoridu lithného a berylnatého, kterou jsme dostali z americké Národní laboratoře v Oak Ridge. Vkládáme ji doprostřed sestavy a zjišťujeme, jak sůl ovlivňuje průběh štěpné reakce,“ říká Ján Milčák z CV Řež.

Roztavená sůl by jednou měla chladit nový typ reaktoru. Hodně na něj sázejí Američané a Číňané. Evropa jde jinou cestou. Vyvíjí reaktory chlazené sodíkem, heliem a olovem.

Informace získané v řežském reaktoru budou důležité i pro zbytek světové jaderné komunity, která nad novou generací účinnějších a bezpečnějších reaktorů bádá

Česko je výjimkou. Reaktor LR-0 je jedním z přibližně pěti reaktorů na světě, který dovoluje pružně měnit aktivní zónu a v ní testovat vzorky. S fluoridovými solemi výzkumníci v Řeži pracovali ještě dříve, než dohoda mezi americkým ministerstvem energetiky a českým ministerstvem průmyslu dovolila dodání speciální americké soli do Česka. Navíc v Česku působící firmy Škoda JS a Comtes FHT jako jedny z mála ve světě vyrobily niklové slitiny se specifickými příměsemi, které odolají účinkům horkých fluoridových solí i intenzivnímu bombardování neutrony. Z ní by šlo vyrobit potřebné komponenty.

Sbírají data

„Použití soli jako chladiva je pro nás zajímavý výzkum. Jestli se tyto reaktory někdy postaví, bude to v USA nebo v Číně,“ říká vědecký ředitel CV Řež Jan Kysela. Úkolem českých vědců je měřit vlastnosti soli v aktivní zóně. Měří to, jak jí procházejí neutrony, které pohánějí štěpnou reakci.

„Z Řeže získáme experimentální data k ověření modelů, které simulují chování neutronů v jádru reaktoru. Experimenty mohou vyhodnocovat američtí studenti a vědečtí pracovníci, takže poslouží také pro výuku,“ vysvětluje význam českého výzkumu pro americkou laboratoř v Oak Ridge její mluvčí David Keim. Američané podobný pokusný reaktor, jaký je v Řeži, nemají.

Současná etapa výzkumu je teprve na začátku. „Český program je nezávislý. Ale pokud nás z Řeže požádají, mohou naši vědci českému týmu doporučit konkrétní měřicí úlohy,“ dodává Keim. Později výzkumníci do aktivní zóny vloží například grafit, který slouží ke zpomalování neutronů, a opět budou zjišťovat chování soli v takové soustavě. „V plánu je výroba smyčky, která bude umět měnit teplotu roztavené soli během štěpné reakce. Takže půjde změřit, jaký vliv na štěpení má různá teplota, která se může pohybovat od 500 až do tisíce stupňů,“ uvádí Kysela. Ve smyčce by se daly testovat i materiály pro stavbu budoucích reaktorů.

Informace získané v řežském reaktoru budou důležité i pro zbytek světové jaderné komunity, která nad novou generací účinnějších a bezpečnějších reaktorů bádá. České vědecké pracoviště v ní má vynikající jméno. „To byl důvod, proč jsme spolupráci s USA podpořili. Chtěli jsme, abychom byli součástí té komunity a ukázali, v čem patříme ke špičce,“ prohlásil na nedávné prohlídce v Řeži náměstek českého ministra průmyslu a obchodu Pavel Šolc.

Číňané pod tlakem

Samotná myšlenka použít sůl jako nosič tepla není nová. Na rozdíl od jiných látek pojme velké množství tepla. Ve srovnání se sodíkem, jehož použití zkoumají Francouzi v projektu Astrid, je tepelná kapacita soli čtyřikrát vyšší. Na stonásobek se vyšplhá v porovnání s chladicími plyny. Velmi dobře se proto hodí k efektivnímu odvádění tepla z aktivní zóny reaktoru.
Kromě jaderného reaktoru, kde sůl funguje jako chladivo, se pracuje také na systému, kdy je jaderné palivo přímo v soli rozpuštěné.

V každém případě solné reaktory představují jednu z komplikovanějších technologií čtvrté generace. Zatímco ještě v roce 2002 Mezinárodní fórum pro reaktory čtvrté generace odhadovalo, že první demonstrační solný reaktor by mohl stát kolem roku 2025, dnes hovoří o termínu po roce 2030.

Změnit by to mohli jen Číňané, jejichž vláda stanovila cíl postavit prototyp solného reaktoru do deseti let. Čínští vědci jsou podle svých slov pod obrovským, téměř válečným tlakem, aby uspěli. Přitom některé z problémů jsou tak závažné, že se je za tak krátkou dobu nepodaří vyřešit, napsal deník South China Morning Post. V Řeži válečný tlak nepanuje. Tam si příležitost posunout jaderný výzkum zase o kus dál užívají.

Evropa sází na chlazení sodíkem, heliem a olovem

Výzkum reaktorů čtvrté generace se v Evropě zaměřuje především na tři technologie. Francie zkoumá sodíkem chlazený reaktor s pracovním názvem Astrid. Česko se podílí na výzkumu reaktorů chlazených heliem a tekutým olovem.

Helium se používá ve vysokoteplotním reaktoru, jehož demonstrační podoba by měla vzniknout pod jménem Allegro díky spolupráci zemí visegrádské čtyřky. Možnosti olovem chlazeného reaktoru ověřují čeští vědci z CV Řež s kolegy z Itálie a Rumunska. Demonstrátor s názvem Alfred by měl stát v Rumunsku.

V Řeži se čtvrtou generací reaktorů zabývá asi pětina z 300 zaměstnanců. Kromě uvedených technologií se zabývají také reaktorem chlazeným takzvanou superkritickou vodou s teplotou kolem 700 stupňů. „Děláme to i kvůli nové uhelné elektrárně v Ledvicích, která se superkritickou vodou pracuje také.

Technologie superkritické vody se považuje za odzkoušenou v uhelných elektrárnách a reaktor v zásadě jen nahradí uhelné kotle

Na rozdíl od ostatních reaktorů se nepočítá s postavením prototypu,“ říká Jan Kysela, vědecký ředitel výzkumu v CV Řež. Technologie superkritické vody se považuje za odzkoušenou v uhelných elektrárnách a reaktor v zásadě jen nahradí uhelné kotle.

Nejnadějněji se podle Kysely nyní jeví heliem chlazený reaktor, a to technicky i ekonomicky. Teplo z něj se využije jak k výrobě elektřiny, tak na výrobu vodíku či v průmyslu. Řežské centrum pořizuje například experimentální okruhy pro výzkum helia, olova, superkritického CO2 a superkritické vody, a to z projektu udržitelné energetiky SUSEN 2020, kterou financuje Evropská unie a Česká republika ze strukturálních fondů. Některé z nich vědci budou moci vložit do druhého řežského experimentálního reaktoru LVR-15, kde budou moci ověřovat, jak se chladivo a použité materiály chovají přímo za podmínek jaderné reakce.

Na projektu SUSEN se jako partner podílí Západočeská univerzita v Plzni. Do výzkumu jaderné čtvrté generace jsou zapojeny také vysoké školy jako pražská ČVUT, VUT v Brně či pražská Vysoká škola chemicko-technologická.


Čtěte také:

Smířlivý hlas z Rakouska: Česko má právo na jadernou energii

Do rozšiřování českých jaderných elektráren se chce zapojit Francie

ČEZ: Při hrozícím kolapsu energetické soustavy může pomoci Temelín

Autor: Jan Stuchlík

Komentáře

Čtěte také

Skupina ČEZ prodává sídliště v Praze-Písnici i s nájemníky

Skupina ČEZ prodává sídliště v Praze-Písnici i s nájemníky

Energetická skupina ČEZ se zbavuje realitního dědictví, které na státní podnik přešlo ještě z dob socialismu. Aktuálně nabízí k prodeji soubor panelových domů v Praze 4 poblíž… více

Komerční prezentace
Mobilní web