Nová generace jádra
25. 6. 2008
Čtvrtá generace jaderných reaktorů, jejichž výzkum v Evropě právě probíhá, by měla být schopná recyklovat své jaderné palivo tak dlouho, dokud není zcela spotřebováno. Kolem druhé poloviny tohoto století by tedy měly být k dispozici jaderné reaktory, které jsou levnější, bezpečnější a šetrnější k přírodě. Současné malé pokusné jaderné reaktory přispívají k vývoji elektráren budoucnosti. Výsledky studia účinků záření na nejrůznější materiály umístěné v nitru reaktoru umožní konstrukci bezpečnějších, ekologičtějších a dokonce i levnějších jaderných elektráren již v polovině našeho století. První krok ve výzkumu nové generace jaderných elektráren – nyní v Portu.
Jaderné elektrárny v Evropě stárnou. Zásoby uranu jsou omezené a mohou být do padesáti let vyčerpány. Životnost současných elektráren je možné prodloužit o deset až dvacet let, ale pak je bude nutné nahradit další, mnohem pokročilejší generací.
V holandském Pentenu se nachází jeden z první generace výzkumných reaktorů, postavených v šedesátých letech. Nyní patří k pěti nejlepším zařízením na světě a patří Společnému výzkumnému centru Evropské unie. V jaderném reaktoru se štěpí jádra atomů těžkých prvků, převážně uranu nebo plutonia. Štěpení je vyvoláno srážkou letícího neutronu s jádrem atomu. Z něj se velkou rychlostí rozletí dvě atomová jádra lehčích prvků a dva nebo tři volné neutrony.
Jaap van der Laan, manažer programu, NGR: Trubky, které jsou umístěny v reaktoru, jsou vlastně výzkumná zařízení, která jsou pět až šest metrů dlouhá. Obsahují veškeré potřebné měřící přístroje, abychom znali parametry prostředí, jako je třeba teplota nebo radiace, kterým budou vystaveny vzorky v reaktoru.
V současné době je v mnoha zemích výstavba tlakovodních reaktorů v útlumu, zároveň však pokračují intenzivní výzkumné práce na dalších moderních typech reaktorů. Vývoj v uplynulých dvaceti letech směřoval spíše k vysokým výkonům a zvyšování bezpečnosti se dosahovalo zaváděním různých kontrolních systémů. Nyní se ale vývoj zaměřuje na malé a středně velké reaktory. Cílem je postavit rychlé reaktory s uzavřenými palivovými cykly, které využijí i vyhořelé palivo. Vysokoteplotní reaktory umožní výrobu vodíku ve velkém měřítku.
Vědci teď vystavují extrémnímu prostředí grafit, ocel nebo nové kompozity. Pak se tyto materiály testují a zjišťuje se změna vlastností a míra poškození. Poté bude možné vybrat ty nejvhodnější odolné materiály pro jaderné reaktory budoucnosti.
Vývoj tedy vede ke čtvrté generaci, kterou má být sodíkem nebo olovem chlazený rychlý reaktor na tekuté fluoridové palivo. V budoucnu se uvažuje i o plynovém chlazení.
Luigi Debarberis, Vedoucí jednotky pro bezpečné konstrukce jaderných elektráren, EC JRC IE: Zvýšení bezpečnosti bude dané především fyzikálními a konstrukčními vlastnostmi reaktorů a zjednodušením schématu elektrárny. Pasivní bezpečnostní systémy budou méně závislé na schopnosti lidí zvládnout potenciální nebezpečí.
Provozní teploty budoucích reaktorů budou vyšší než 500 °C, což umožní vyrábět vodík tepelným rozkladem vody a tedy poskytovat palivo automobilům bez emisí. Nová generace reaktorů také dovolí odsolovat mořskou vodu a poskytovat teplo ke zplyňování uhlí. Ve francouzském Cadarache se staví zcela nový evropský výzkumný reaktor. Od roku 2014 tu bude možné provádět několik desítek experimentů současně. Toto zařízení bude také poskytovat veškeré nezbytné zázemí pro studium materiálů odolných vůči intenzivní radiaci.
Gilles Bergen, Zástupce vedoucího pro výzkum reaktoru, CEA: Toto je průřez reaktorem, který vyrobí až 100 MW, a jeho přídavná zařízení. Uprostřed je bazén, nitro reaktoru, kde se může odehrávat zhruba dvacet pokusů zároveň. Vnitřek je poměrně malý – měří zhruba šedesát centimetrů v průměru a šedesát centimetrů na výšku – v podstatě jako pračka.
Čtvrtá generace elektráren, ke které přispěje i tento výzkumný reaktor, umožní nesmírně efektivní využití paliva. Zatímco současné reaktory využívají čtyři procenta energie uranu, čtvrtá generace by měla recyklovat své palivo tak dlouho, dokud ho zcela nespotřebuje. Rychlé reaktory budou totiž využívat jinou technologii než ty současné. Rychlé neutrony rozbijí i ta jádra atomů, která vznikla štěpením uranu, a vyrobí z nich nové palivo. Proto se těmto reaktorům také říká množivé. Díky tomu se rovněž zlikviduje současný radioaktivní odpad a úložiště budou zbytečná.
Současný výzkum je pouze prvním krokem k udržitelnému jadernému průmyslu, který by byl konkurenceschopný a zároveň bezpečný. První prototyp čtvrté generace elektráren by měl být hotov zhruba v roce 2020, výroba by měla začít v roce 2040.
Autor: Šárka Speváková