V domově nukleárního paliva

V listopadu měla redakce TechMagazínu se skupinou zahraničních novinářů možnost navštívit jednu z továren Rosatomu Elemaš v ruském městě Elektrostal. Město, v jehož znaku je řecký bůh Hefaistos s kovadlinou, nad níž je symbolické znázornění atomu, a neslo od roku 1928 poetický název „Zátiší“, leží asi 200 km od Moskvy. Zde se vyrábí palivové sestavy pro reaktory VVER-440, VVER-1000, RBMK-1000, BN-600 a pro výzkumné reaktory, prášky a pelety jaderného paliva pro zahraniční zákazníky. K továrně jsme dorazili právě ve chvíli, když tamní speciální hasičská jednotka trénovala zásah v případě havárie. Bylo vidět, že bezpečnost zde berou vážně.

Nepovolaným vstup zakázán
Po chodbách a ve výrobních halách se pohybují lidé v bílých pláštích připomínající chirurgy na sále, po bezpečnostní kontrole stejné oblečení „fasujeme“ i my. Po povinném bezpečnostním poučení už v doprovodu náčelníka cechu (jak zní oficiální označení zdejšího manažera) Arkadije Prokofjeva jsme vyrazili do provozu na výrobu palivových proutků.
Linka na montáž začíná kontrolou a pečlivou přípravou dlouhých tenkých trubic, které se budou podle daného postupu plnit palivovými peletami. Ty jsou nařezány na přesný rozměr a označeny pomocí čárových kódů – každá operace v plnění proutků má své značení pro pozdější identifikaci. Označeny barevným pruhem jsou ve výrobním provozu i různé zóny od bílých s běžným režimem, přes modré skladovací, žluté, kde je za čárou nutné používat respirátor, až po červené, které se nesmí překračovat z důvodů např. bezpečnostních systémů.
První operací je profukování trubic horkým vzduchem a očištění od případných nečistot, jako jsou např. prachové částice (očistou prochází každá trubice několikrát). Poté následuje první zavaření, které uchová trubici hermeticky uzavřenou, pak kontrola a třídění. Trubice procházejí během výrobního procesu palivových proutků celou řadou zařízení, kde se provádí kontroly různých parametrů. Naši průvodci hovoří o 20 úrovních kontroly, které tento specifický výrobek musí absolvovat.
Takto připravené trubice putují do plnicí stanice. Každou stanici tvoří dvě jednotky, které simultánně plní trubice přesně stanoveným a organizovaným počtem pelet. Pomocí vibrací se nastaví do správné pozice, důležitá je délka peletového sloupce a jeho hmotnost. Po naplnění se provede opláštění celého palivového proutku. Jedním z dalších kroků je aplikace fixátorů, které stabilizují pelety uvnitř proutku a kompenzují jejich teplotní roztažnost. Poté následuje kontrola upevnění a operace odprášení, která odstraní všechny zbylé částice, a fáze podtlakování, nutná pro vytvoření potřebné atmosféry. Tím se obnoví vakuum a druhé svařování jako další operace zabere pak méně času.

V říši permanentních kontrol
Tím je palivový proutek fyzicky připraven, ale ve skutečnosti je to pouze polovina výrobního procesu. Na řadě jsou kontrolní operace s využitím metod nedestruktivního testování, z nichž některé byly vyvinuty speciálně pro tyto operace. Jde o jejich cenné know-how. Nejdřív jde o kontrolu v zahřívací zóně, poté kontrola v komoře detekcí úniků na koncích tyče. Pečlivou kontrolou procházejí např. svary, hmotnost, důležitý je hlavně poslední stupeň, kde se kontroluje, zda tyč nemá fyzicky narušený povrch, což je klíčové pro následnou montáž.
Po otestování a potvrzení, že je vše, jak má být, jsou proutky vkládány do skladovací skříně ve stejném pořadí, v jakém budou uspořádány v palivovém článku. Celkově je použito 5 různých druhů proutků s různým stupněm obohacení paliva, barevně vyznačených ve speciální zakládací mapě, podle níž se proutky označené identifikačním číslem ukládají do svých přesných pozic v palivovém článku. Aplikuje se na ně speciální ochranný lak (dvakrát). Takto připravené proutky už mohou jít na finální montáž do palivového článku, do tzv. skeletonu. Všech 126 proutků musí být řádně označeno, aby každá byla identifikovatelná, a ještě před instalací do skeletonu je každá opětně zkontrolována.
Po kompletaci jsou 106 kg těžké kazety založeny do oplachové retorty, kde procházejí důkladnou očistou speciálně upravenou vodou zahřátou na 95 °C pro odstranění zbytků ochranného laku. Po usušení horkým vzduchem následuje kontrola geometrie smontovaného celku, aby mohly být palivové články baleny do přepravních kontejnerů a zafixovány pro bezpečnou manipulaci při dopravě, která probíhá letecky nebo vlakem. Pro každý způsob je vyhrazen speciální typ kontejneru.

Domácí výroba trochu jinak
Další etapou na naší cestě továrnou je prohlídka provozu, kde palivové pelety vznikají. K bílému plášti a čepici přibude povinná respirační maska, protože se zde pracuje s práškovými materiály, jejichž vdechnutí by asi zdraví moc neprospělo. I když se výroba odehrává v hermeticky uzavřených zařízeních, jeden nikdy neví…
Čtyři technologické jednotky mají identické vybavení, díky ohňům planoucím v sintrovacích stanicích v pyrolýzní sekci uprostřed haly vypadá tento provoz trochu jako pekelná kuchyně. Celý výrobní proces se odehrává v jedné lince obsahující všechny technologické postupy. Vstupní práškový materiál dopravovaný v 300kg kontejnerech je nejdříve nasypán do granulátoru, výsledkem jsou polotovary ukládané do menších dvou kónických kontejnerů. Ty jsou usazeny na vrchol další jednotky, v které se z nich pomocí rotačního lisu s až 2t tlakem formují tablety. Následně se do nich vytváří pomocí speciální jehly centrální otvor. K dalšímu zpracování putují uložené v malých boxech do sintrovací pece, která má 8 zón, z nich tři s vysokou teplotou, kde probíhá žíhání (jsou vystaveny teplotě 1700 °C) a kde si pobudou zhruba půl hodiny (čas určuje procesní inženýr). Během následujících 21–24 h zmenší peletky svůj objem o 20–25 %. Při další operaci dostávají svůj design. Rozměr může být různý podle typu reaktoru.
Každá peletka je měřena laserovým mikrometrem. Poslední operací je sortování pelet pomocí optického měření dvěma kamerami. Zde se pelety, které neprošly, dělí na ještě použitelné a nepoužitelné (ty pak postupují k recyklaci). Na konečném výstupu proběhne ještě 100% kontrola všech pelet uložených na paletě a jejich balení do speciálních kontejnerů.
Na závěr pak ještě absolvujeme výstup z provozní do bezpečné zóny podle přesných pravidel. Kontaminované návleky na obuv musejí zůstat za čárou dělící „špinavé“ a „čisté“ prostory. Po odevzdání bílého oblečení a povinné dozimetrické kontrole už se můžeme vrátit zpět do běžného „nejaderného“ světa.

Jaderné palivo budoucnosti
Rosatom nyní pracuje na projektu regenerace nukleárního paliva, uranu a plutonia, a přepracování pro možnost dalšího využití. Palivové tyče nové generace představují již kategorii označovanou jako ATF (Accident tolerant fuel), neboli bezpečné palivo odolné vůči závažným nehodám, které si i v případě poruchy odvodu tepla v jádru dokáže udržel po dostatečnou dobu svou integritu.

Publikováno: 17. 1. 2020 | Počet zobrazení: 745 188