Desítky minireaktorů uprostřed měst?

Jaderný reaktor s přirozenou bezpečností, původně určený pro základny na Měsíci, může sloužit jako zdroj elektřiny přímo na sídlištích

Výkon 200 kW a rozměry šest krát dva metry. To jsou hlavní parametry jaderného minireaktoru, který podle japonských vědců bude dodávat elektrickou a tepelnou energii přímo na sídlištích. Díky své inherentní (přirozené) bezpečnosti se automaticky vyrovná s provozními odchylkami.

Bořek Otava

Japonská vize hýří přednostmi: navrhovaný reaktor je tak malý, že jej lze celkem snadno vestavět do suterénu, palivem jej stačí plnit tak jednou za deset let, zařízení nevypouští skleníkové plyny a poskytuje jistotu, že nenastanou výpadky elektřiny. Zní to krásně nostalgicky, jakoby z dob, kdy technici zcela vážně navrhovali vlaky a letadla na jaderný pohon.

Miniaturní japonský reaktor s vysokým stupněm přirozené pasivní bezpečnosti si přinejmenším zaslouží diskusi. Po světě se ostatně hodně mluví o konstrukci svého druhu nových bezpečných reaktorů, i když se ještě před několika málo lety zdálo, že jadernou energetiku čeká jen prudký útlum.

Nové naděje do odvětví vnesla změna názoru na jeho budoucnost deklarovaná prezidentem Bushem. Viceprezident Dick Cheney v květnu ostatně prohlásil: "Je to (jaderná energetika - pozn. red.) bezpečná technologie, která neprodukuje jakékoli skleníkové plyny. Ve světle soustavného růstu cen zemního plynu se jádro jeví jako příhodná alternativa."

Faktem zůstává, že už tři desetiletí nebyl ve Spojených státech objednán jediný nový reaktor. Množství jaderných elektráren ale výborně pracuje, s jejich bezpečností nejsou potíže, plánuje se prodlužování jejich životnosti, a co hlavního, stále vydělávají peníze. Projekční kanceláře ruku v ruce s vědeckými pracovišti se proto poohlížejí po nových konstrukcích, které by byly bezpečné, levné a účinné. Jednu z možných cest v kapesním měřítku razí právě japonští vědci se svou představou minireaktorů.

Malé reaktorové moduly

"Už v blízké budoucnosti bude pro nedostatek místa krajně svízelné stavět další velké jaderné elektrárny," obává se Mitsuru Kambe, šéf vědeckého týmu z japonského Ústředního výzkumného ústavu energetického průmyslu CRIEPI. "Pro pokrytí špičkových energetických odběrů v budoucnosti budou podle mě nejúčinnější malé modulární reaktory umístěné v městských oblastech, jako je třeba Tokijská zátoka," vysvětluje.

Jeho představám vyhovuje reaktor Rapid-L, který měl původně dodávat energii budoucím základnám na Měsíci. Lze jej však poměrně snadno vestavět do pevného bezpečnostního kontejnmentu někde v suterénu městského bloku kancelářských nebo obytných budov.

Vědci CRIEPI podporovaní z vládních zdrojů ověřili za posledních několik měsíců hlavní přednost minireaktoru - jeho přirozenou bezpečnost. Na rozdíl od běžných konstrukcí nemá Rapid-L řídicí tyče, jejichž spouštěním a vytahováním se mění výkon. Jejich úlohu přebírají nádrže s tekutým lithiem-6, izotopem, který účinně pohlcuje neutrony. K nádržím jsou připojeny svislé tyče procházející jádrem reaktoru (viz kresbu). Za běžného provozu je v nich netečný plyn. Se vzrůstající teplotou v reaktoru se kapalné lithium rozpíná, stlačuje inertní plyn, proniká do jádra, kde snižuje četnost štěpení, a tak tlumí řetězovou reakci.

Lithium působí jako kapalné řídicí tyče, které se však nemusejí spouštět a vytahovat mechanicky - kapalina se přirozeně roztahuje se stoupající teplotou. Reaktor pracující při teplotách kolem 530 řC má být chlazen tekutým sodíkem. Vědci právě ověřují dlouhodobou odolnost a funkčnost bezpečnostního systému. Výzkum "je součástí společného americko-japonského úsilí vyvinout reaktory, jejichž bezpečný provoz se obejde bez hardwaru," vysvětluje John Gittus z University of Plymouth.

"Jaderné elektrárny tohoto typu mohou být použity v rozvojových zemích, kde odloučené oblasti nelze prakticky připojit k hlavním sítím," míní Kambe. "Úspěch nových reaktorů závisí ovšem na přístupu veřejnosti, elektrárenských společností a vlád," připomíná.

Skeptičtí odborníci nemají nic proti samotné koncepci minireaktoru, ale pochybují, že by japonská společnost, která z obav o bezpečnost odmítá velké reaktory, připustila výstavbu mnoha malých reaktorů přímo uprostřed měst.

Jedno z nejslibnějších řešení bezpečného, relativně levného a účinného velkého energetického zařízení představují vysokorychlostní reaktory. Jejich princip je nesmírně jednoduchý: stačí grafitový koš, který se naplní statisíci grafitových koulí velikosti tenisového míče vyrobených z částic oxidu uraničitého obaleného vrstvičkami grafitu a keramiky z karbidu křemíku. Vysokoteplotní reaktory mají pracovat v blízkosti teplot 1000 řC, takže je nelze chladit vodou jako reaktory tlakovodní nebo varné. Teplo vznikající při štěpné reakci v mase uranu se proto odebírá proudem hélia, které je netečné k jaderným i chemickým procesům a současně dobře vede teplo.

Kouzlo koulí z grafitu

Popsané uspořádání přináší četné výhody: Především je reaktor relativně levný. Výkon energetického celku lze zvyšovat přidáním dalších modulárních jednotek. Palivo se mění přímo za plného provozu jednoduchým přisypáváním čerstvých grafitových koulí shora a odebíráním vyhořelých zdola. S palivem v podobě koulí se také snadněji manipuluje a snadněji se ukládá ve srovnání s uranovými palivovými tyčemi.

Koncentrace uranu v reaktoru vylučuje, že by nastalo nekontrolovatelné tavení přehřátého jádra. Při vážné nehodě na okruhu chlazení se vysokoteplotní reaktor díky tepelné setrvačnosti grafitu a přirozenému oběhu helia několik hodin nepřehřívá a nenastává nebezpečný přetlak. Palivo i produkty štěpení zůstávají pevně uzavřeny v grafitových koulích, takže i únik radioaktivity je minimální.

Díky tomu, že reaktor pracuje za vyšších teplot než běžné konstrukce, dosahuje výrazně vyšší účinnosti, až 40 procent. Není ovšem nic ideálního. Také u reaktoru s vestavěnou vnitřní bezpečností mohou vzniknout potíže. Závady při výrobě pelet mohou způsobit únik radioaktivity. Ačkoli teplota vznícení grafitu leží mnohem výš než pracovní teploty v reaktoru, nastaly už nehody, při nichž grafit vyvolal požár - nejznámějšími případy jsou Windscale a Černobyl. Také na experimentálním vysokoteplotním reaktoru v Německu nastala nehoda, při níž se grafitová koule zasekla v plnicím potrubí.

Jinak řečeno, nelze očekávat, že by se snížil odpor veřejnosti k jádru jen proto, že se budou hledat a nacházet nové "bezpečné" konstrukce. Příslovečný pes je zakopán velmi hluboko. Pokud se jaderná energie jeví jako celkem přijatelná alternativa, tak i proto, že účetní pravidla umožňují odepisovat vývojové náklady z minulosti. Při podrobnějším zkoumání se ale vyjeví varovná skutečnost: nikdo neví, jaké opravdu byly náklady na jadernou energetiku, a už vůbec ne, kolik ještě bude třeba připsat na vyřazení reaktorů z provozu a uložení jaderného odpadu.

Současné jaderné elektrárny lze docela dobře provozovat ještě dvacet let či déle. Ospravedlňuje to však obrovské výdaje na jadernou energetiku, nedokážeme-li spočítat skutečné náklady? Stěží na tom něco změní plány postavit v Jihoafrické republice vysokoteplotní reaktor nebo snaha přesvědčovat japonskou veřejnost o výhodách minireaktorů v suterénech velkoměst.

CITÁT:

Citát: "Už v blízké budoucnosti bude pro nedostatek místa krajně obtížné stavět další velké jaderné elektrárny."

Mitsuru Kambe, šéf vědeckého týmu z japonského Ústředního výzkumného ústavu energetického průmyslu CRIEPI navrhujícího "městské" minireaktory