Jak se spouští sodíkový jaderný reaktor

Spouštění jaderné elektrárny je dlouhodobý proces, který trvá několik měsíců v případě typového bloku a až několik let v případě prototypového bloku. Fáze uvádění do provozu následuje po dokončení stavebních a montážních prací, a jejím cílem je ověřit funkčnost všech zařízení bloku od samotného srdce elektrárny – jaderného reaktoru – přes bezpečnostní systémy, až po vyvedení výkonu.

Většina dílčích zkoušek se několikrát opakuje za různých parametrů (např. hodnota výkonu bloku), aby bylo dosaženo co nejvyšší možné bezpečnosti jak samotného spouštění, tak i pozdějšího provozu. Při provádění testů spolupracuje provozovatel elektrárny Rosenergoatom s konstruktérem reaktoru, (v tomto případě) konstrukční kanceláří OKB Gidropress a dalšími společnostmi sdruženými do ruské státní korporace pro atomovou energii Rosatom, a především s ruským regulačním úřadem Rostechnadzor.

Příprava ke spuštění

Příprava spouštění reaktoru BN-800 byla zahájena již v lednu 2013, kdy na staveniště dorazila první várka sodíkových cihel. Celkem 18,5 t sodíku bylo dovezeno z francouzského výrobního závodu MSSA Metaux Speciaux, který je jedním z mála podniků schopných vyrobit sodík v tzv. „jaderné čistotě“ (to znamená s velmi nízkým obsahem příměsí). Do konce roku bylo do Bělojarské jaderné elektrárny přepraveno 2000 t sodíku.

Následovalo předehřátí prázdné reaktorové nádoby kvůli eliminaci teplotního šoku. Teplota tání sodíku je přibližně 100 °C, takže musel být ohřát ve speciální nádrži a pak napuštěn již horký do reaktorové nádoby.

Reaktor BN-800 má na rozdíl od tlakovodních reaktorů, které známe např. z Dukovan a Temelína, jednu chladicí smyčku navíc - mezi primárním a sekundárním okruhem se nachází vložný sodíkový okruh zvyšující bezpečnost provozu. Primární okruh skládající se z reaktorové nádoby, tepelných výměníků (sodík-sodík) a čerpadel je umístěn v rozměrném sodíkovém bazénu. Z této nádoby vychází potrubí až vložného sodíkového okruhu, takže pokud by z nějakého důvodu došlo k prasknutí potrubí, začne vytékat neozářený sodík, což podstatně sníží náklady na odstraňování takovéto mimořádnosti. Vložný okruh potom předává teplo v parogenerátoru (sodík-

voda) do sekundárního okruhu, kde se voda přeměňuje na páru vedenou na lopatky turbíny.

Po naplnění primárního a vložného okruhu sodíkem začalo testování správné funkce (a především těsnosti) všech komponent od čerpadel až po tepelné výměníky. První zkoušky proběhly za nízké teploty a v druhé fázi byl sodík zahřát topnými články na provozní teplotu a všechny zkoušky byly zopakovány. Fyzikální spouštění bylo ruským regulačním úřadem Rostechnadzor schváleno 26. prosince 2013.

Fyzikální a energetické spouštění

V lednu 2014 byly dokončeny testy před spouštěním a 3. února byla do reaktorové nádoby zavezena první palivová kazeta od společnosti TVEL, která se používá také pro všechny české jaderné reaktory. Kritičnosti bylo poprvé dosaženo 27. června 2014 a opět pokračovaly zkoušky jednotlivých komponent – tentokrát za minimálního kontrolovatelného výkonu (přibližně 0,13 % nominálního výkonu). Vývoj palivových kazet tímto neskončil a během spouštění bylo na základě získaných zkušeností provedeno několik úprav.

V září 2014 byla vyrobena první várka palivových tablet s palivem MOX pro reaktor BN-800. Šlo o 10 kg tablet vyrobených v rámci spouštění nové průmyslové výrobní linky podniku Gorno-chimičeskij kombinat, patřícího do struktury Rosatomu. Později byla s jejich použitím sestavena první palivová kazeta s palivem MOX, která dnes tvoří třetinu aktivní zóny reaktoru BN-800. Fyzikální spouštění bylo dokončeno 30. července 2015.

Koncem roku 2014 byla poblíž Bělojarské jaderné elektrárny postavena nová 500kV rozvodna pro připojení čtvrtého bloku k přenosové soustavě Sverdlovské oblasti. V prosinci 2015 pak přes tuto rozvodnu začaly proudit první kilowatthodiny elektrické energie vyrobené reaktorem BN-800. Tím bylo zahájeno energetické spouštění nového bloku a pozornost personálu byla rozšířena o testování komponent pro výrobu elektřiny a její vyvedení do sítě. Minimální výkon nutný k výrobě elektřiny turbogenerátorem je asi 35 % štítkové hodnoty. Následovaly testy a po jejich úspěšném dokončení byl 28. ledna 2016 zvýšen výkon na 50 %. Opět přišlo na řadu testování a další zvyšování výkonu.

Poslední zpráva je ta, že 15. dubna byla oficiálně potvrzena způsobilost všech komponent a bylo přikročeno k další fázi – zvyšování výkonu na 100 % nominální hodnoty.

Reaktor BN-800

Reaktor BN-800 se principiálně odlišuje od tlakovodních reaktorů, které jsou dnes ve světě nejpoužívanější. Na rozdíl od nich může používat i několikanásobně přepracované jaderné palivo, což znamená maximalizaci využití této suroviny. Dokáže také „spalovat“ některé transuranu, což jsou látky generované z uranu záchytem neutronů a následnými jadernými přeměnami, které mají vyšší protonové číslo než uran. Jejich poločas rozpadu je velice dlouhý a aktivita vysoká, takže v zájmu ochrany životního prostředí a obyvatelstva je nutné použité jaderné palivo izolovat na desítky tisíc let. Přepracováním paliva a „spálením“ těchto transuranů bychom mohli zkrátit tuto dobu jen na stovky let.

Je to ale stále otázka vývoje dalších technologií. V prosinci loňského roku kupříkladu ruští vědci oznámili otestování nového postupu separace americia a curia, což jsou transuranu s velmi podobnými chemickými vlastnostmi, která by byla snadno převeditelná do průmyslového měřítka. Americium na rozdíl od curia dokáže „spalovat“ již reaktor BN-800, takže je nutné tyto dvě látky separovat.

Na základě zkušeností s provozem reaktoru BN-800 je upravován projekt reaktoru BN-1200, který by se měl stát komerčně používaným sodíkovým reaktorem. Výstavba několika bloků je plánována nejen v Rusku, ale i v Číně - v obou zemích má používat přepracované palivo z tlakovodních jaderných elektráren. Jeho výhodou je to, že investiční náklady by měly být srovnatelné s tlakovodními reaktory VVER-1200, což umožní nástup komerčního využívání sodíkových reaktorů ve velkém měřítku.