BN-800: Nové jaderné technologie v průmyslovém využití

S tímto reaktorem je také spojena řada nových jaderných technologií, které jsou převáděny do praxe.

Reaktory IV. generace a jejich přínosy
Současná jaderná energetika stojí na tlakovodních a varných reaktorech tzv. generace II a pomalu nastupující III/III+. Abychom si pod těmito čísly něco představili, tak dukovanské a temelínské reaktory patří do II. generace a nové bloky, které jsou v obou lokalitách zamýšleny, se řadí ke generaci III+, neboť přinášejí výhody a zlepšení v ekonomice provozu, účinnosti výroby a v neposlední řadě také v bezpečnosti provozu.
Postupně se také objevují reaktory IV. generace, které jsou spojeny s podstatným zvýšením účinnosti elektrárny, zásadním zlepšením využití paliva a díky odlišnému principu také výrazně vyšší bezpečností. Jejich symbolem je reaktor BN-800, který znamená přelom v jaderné energetice. Provozuje jej společnost Rosenergoatom, patřící do skupiny Rosatom, která provozuje všechny ruské jaderné elektrárny (10 elektráren s 35. reaktory). Nejpodstatnějším rozdílem BN-800 je chladicí látka v primárním okruhu, kterou představuje sodík. Díky tomu je možné štěpit palivo rychlými neutrony, což v kostce znamená, že můžeme „spalovat“ i látky, které tlakovodní reaktory nemohou využít. Např. uran 238 může být v rychlém reaktoru přeměňován na plutonium 239, které již je štěpitelné a tedy energeticky využitelné. Podobně je možné spalovat i některé transurany, které vznikají v tlakovodních reaktorech.
Použití sodíku jako chladicí látky přináší i další výhody. Například je možné v aktivní zóně dosahovat vyšších teplot než v případě současných lehkovodních reaktorů, což znamená zvýšení účinnosti přeměny energie získané ze štěpení na elektrickou. Provozní teploty jsou navíc dostatečně daleko od teploty varu sodíku a ten je tak v aktivní zóně v podobě tekutého kovu. Znamená to, že potrubí primárního okruhu není namáháno tlakem, ale jen teplotně, takže je vyloučen jeden z hlavních jevů, který by za mimořádné situace mohl vést k jeho prasknutí. Díky tomu není nutné elektrárnu vybavovat bezpečnostními systémy, které mají za úkol udržet v primárním okruhu tlak v bezpečných mezích i za mimořádných událostí a elektrárna je díky tomu o něco jednodušší a levnější. Na druhou stranu sodík přináší jiné technologické výzvy, které museli překonat projektanti z konstrukční kanceláře OKBM Afrikantov, jenž je autorem reaktorů typu BN.

Průmyslové použití nových technologií
S reaktorem BN-800 také přichází do komerčního použití řada nových technologií, které přinášejí dlouho očekávaný rozvoj tohoto odvětví. Ačkoliv sodíkové reaktory se poprvé objevily již na úsvitu jaderné energetiky (tj. v 50. letech min. stol.) na své větší komerční využití stále čekají. Prvním komerčně využívaným sodíkovým reaktorem se v roce 1972 stal BN-350 postavený v kazašském městě Aktau. Šlo ale o první vlaštovku svého druhu a ne o komerční typ reaktoru určený ke stavbě ve větších sériích. V roce 1980 následoval BN-600 v Bělojarské jaderné elektrárně, která se nachází na Uralu.
Nyní je zde uváděn do provozu reaktor BN-800 a v roce 2025 je očekáván BN-1200, který již bude komerčním typem. Reaktor BN-800 bude vyrábět elektřinu a dodávat ji do sítě, ale jeho hlavním účelem je ověření fyziky rychlých reaktorů při zvětšování výkonu elektrárny a vývoj nových typů jaderného paliva. Také jde o prototyp, takže investiční náklady jsou vyšší než v případě typových projektů tlakovodních reaktorů. Změna má přijít až se zmíněným reaktorem BN-1200, jehož investiční náklady budou srovnatelné s reaktory VVER-1200 a který tedy bude určen k masovějšímu rozšíření.
Význam reaktoru BN-800 spočívá také v tom, že dochází k převádění technologií z výzkumných ústavů do průmyslové praxe. Jde o součást projektu Proryv (česky Průlom) ruského Rosatomu, který má za cíl uzavřít jaderný palivový cyklus energetických bloků. Palivo ze stávajících reaktorů je sice již dnes schopna řada zemí přepracovávat, ale zatím nejde o příliš ekonomickou cestu. Změnit to mají nové technologie.
Příkladem může být nový postup separace americia z použitého jaderného paliva, s kterým přišli vědci z ruského výzkumného ústavu VNIINM (součást Palivové společnosti TVEL, která dodává jaderné palivo na všechny české jaderné reaktory včetně výzkumných). Během provozu jsou v tlakovodních reaktorech generovány mimo jiného transurany s dlouhým poločasem rozpadu, které jsou příčinou toho, že nepřepracované použité palivo bychom museli ukládat na desítky tisíc let do hlubinných úložišť. Jedním z nich je právě americium, které dnes dokážeme spalovat v sodíkových reaktorech. Nutná je ale jeho separace od ostatních transuranů, jejíž velice ekonomický způsob našli vědci z ústavu VNIINM. Nové technologie cílí na spalování dalších transuranů, které by mohlo vést až k tomu, že nevyužitelné zbytky z použitého paliva bude nutné skladovat jen stovky let, než poklesne jejich aktivita na úroveň přírodního pozadí.
O krok napřed je technologie výroby paliva MOX, kterou vyvinuli vědci z ruského podniku Gorno-chimičeskij kombinat a která se již dostala do průmyslového využití. Název MOX pochází z anglického mixed oxide a znamená směs oxidů uranu a plutonia. Klasické jaderné palivo představuje oxid uraničitý a při výrobě paliva MOX je k němu přimícháván oxid plutoničitý pocházející z použitého jaderného paliva.
Význam rychlých reaktorů spočívá v tom, že umožňují vícenásobné přepracování paliva. To znamená, že maximálně využijeme energetický potenciál vytěženého uranu a budeme se zabývat ukládáním pouze nevyužitelných zbytků po zlomek doby, který by byl nutný v případě nepřepracovaného paliva. Reaktor BN-800 je podstatným krokem ve vývoji potřebných technologií a během jeho provozu můžeme očekávat další pokroky v této oblasti.
 

Publikováno: 31. 3. 2016 | Počet zobrazení: 1784 443