Premium

Získejte všechny články
jen za 89 Kč/měsíc

Rychlé reaktory-shrnutí

Účelem tohoto článku je všechny informace shrnout a utřídit. Znovu objasním princip rychlých reaktorů a možnosti chlazení.Dozvíte se něco o nejúspěšnějších modelech, které byly vybudovány a jejich potenciálu pro budoucí použití.

Jaderná energetika se zrodila krátce po druhé světové válce, kdy se začalo uvažovat o využívání jádra pro jiné než vojenské účely. Éra prvních pokusných a energetických reaktorů byla velmi rozmanitá, ale postupem času zaujaly hlavní pozici reaktory se zpomalenými neutrony (moderovanými). Těmto reaktorům se někdy říká tepelné, jde o termín, jakými jsou nazvány zpomalené neutrony, které mají energii 0,0256 eV. Již od počátku jaderné éry bylo lidstvu jasné, že se energetická potřeba nespokojí pouze s tepelnými reaktory, dalším impulzem k vytváření nové technologie byla otázka paliva. Na zemi se vyskytují dva izotopy uranu, uran 238, který je štěpný, a uran 235, který je štěpitelný. Oba izotopy mají však rozdílný poločas rozpadu a tak je nyní uranu 235 na zemi pouze 0,7 %. Zbylé procento představuje uran 238, který je štěpný a má malý účinný průřez pro štěpení. Účinný průřez charakterizuje pravděpodobnost štěpení. Důsledkem tohoto faktu je, že uran 238 nelze štěpit pomalými neutrony a proto palivo v tepelných reaktorech musí být obohaceno. Obohacení reaktoru v Temelíně je přibližně 4 %. Obohacení paliva znamená podíl uranu 235 v palivu.

Potřeba štěpitelného materiálu přivedla lidstvo na myšlenku rychlých reaktorů. Rychlý reaktor využívá nezpomalených neutronů, díky vysokému neutronovému toku je zde i vyšší tepelný výkon, který je třeba chladit. Chladivem pro rychlé reaktory je sodík, směs olova a bismutu nebo plyn. Každý druh chladiva má výhody i nevýhody, které se pokusím shrnout v následujícím odstavci. Dalším rozdílem rychlých reaktorů je takzvaná množivá zóna. Jde o radiální část kolem reaktoru, která slouží jako stínění stěny reaktoru před vysokým neutronovým tokem a využívá potenciálu rychlých neutronů. Množivá zóna se skládá ze štěpných nuklidů, které se vlivem záchytu neutronu mění na štěpitelný materiál. Podrobnější informace shrnu v dalším odstavci.

Chlazení

Jak již bylo řečeno, chlazení rychlých reaktorů je prováděno pomocí sodíku, směsi olova a bismutu nebo plynu.
Chlazení sodíkem je nejpoužívanějším způsobem, který se uplatňuje například v ruských reaktorech BN, čínském experimentálním reaktoru CEFR, indickém demonstračním reaktoru PFBR, ale i v západních reaktorech jako je Phenix a SuperPhenix. Hlavní výhodou tohoto chladiva je vysoká tepelná kapacita a vysoký bod varu (900 °C). Díky této vlastnosti sodíku lze konstruovat reaktory, které mají jen nepatrně vyšší tlak v primárním potrubí, než je tlak atmosférický. Proto je vyloučena havárie LOCA, čili prasknutí primárního potrubí. Na druhou stranu, sodík je vysoce reaktivní kov, který se vzduchem velmi bouřlivě reaguje a s vodou reaguje za vzniku vodíku, který se vlivem vysoké okolní teploty může vznítit. U reaktorů chlazených sodíkem je kladen velký důraz na utěsnění všech potrubí a parogenerátorů. Není se však čeho obávat, takové reaktory mají spoustu čidel, která nepřetržitě zkoumají všechna problémová místa a v případě úniku sodíku by okamžitě informovaly operátora reaktoru.
Chlazení směsí olova a bismutu není tak rozšířené jako chlazení sodíkem. Jde například o malý reaktor SVBR-100, reaktor BREST-300. Pro budoucí reaktory IV. generace je plánováno využívání směsi olova a bismutu. Tato směs se využívá kvůli své vysoké tepelné kapacitě, nízké schopnosti moderovat neutrony, nízké teplotě tání a vysoké teplotě varu. Oproti sodíku není směs olova a bismutu reaktivní se vzduchem a přispívá tak k lepší bezpečnosti elektrárny. Navíc přirozená cirkulace chladící látky je dostatečná k pasivnímu zchlazení reaktoru po odpojení od sítě a tím chrání aktivní zónu reaktoru před velice rizikovým přehřátím.
Plynem chlazené reaktory jsou také jednou z větví reaktorů IV. generace. Jedná se například o projekt demonstračního reaktoru Allegro, který bude chlazen héliem, nebo projekt EM-2, který bude také chlazený héliem.  Výhoda chlazení héliem je ve vysoké teplotě, které bude moci chladivo dosáhnout, a to až 1000 °C. Díky tomu dojde ke zvýšení účinnosti termodynamického cyklu. Dnešní elektrárny využívající rychlých neutronů a chlazení tekutým sodíkem dosahují účinnosti přibližně 43 %.

Přeměna štěpného materiálu na štěpitelný

Přeměna štěpného materiálu na štěpitelný se označuje jako transmutace. Způsob přeměny demonstruji na uranu 238. Uran 238 zachytí neutron, a tak se z něj stane nestabilní uran 239, který se rozpadá beta-rozpadem s poločasem rozpadu 25 minut na neptunium 239, které se opět rozpadá beta-rozpadem s poločasem rozpadu 2,3 dne na plutonium 239, které je již štěpitelným materiálem.
Podobným procesem lze například i z thoria 232 získat uran 233.

Nejúspěšnější modely

Mezi nejúspěšnější modely lze řadit sérii modelů BN, které jsou velmi pokročilou technologií a BN-350 se stal prvním komerčním reaktorem tohoto typu. Pokud zůstaneme u ruských reaktorů, je třeba zmínit ještě MBIR, což je výzkumný reaktor s výkonem 150 MWt, který přinese mnoho nových možností do světa rychlých neutronů. Ani Čína a Indie nejsou pozadu se svým výzkumem rychlých reaktorů. Jde o reaktory CEFR a PFBR. Indický výzkum je zaměřen převážně na přeměnu thoria 232 na uran 233 a jeho pozdější využití v reaktorech. Ze západních reaktorů je třeba zmínit francouzské reaktory Phenix a SuperPhenix, pomocí nichž Francie doufala ve vybudování uzavřeného palivového cyklu.

Závěr

Rychlé reaktory jsou důležitou součástí jaderné energetiky budoucnosti, jedná se o reaktory, které mnohem lépe dokáží využívat potenciálů paliva. Jde navíc o technologie, kterými lze dosáhnout uzavřeného palivového cyklu, což znamená, že palivo bude mnohokrát přepracováno a použito znovu, čímž se značně sníží množství použitého paliva. Rychlé reaktory navíc přináší zvýšení termické účinnosti elektrárny a zvýšení její bezpečnosti z pohledu havárií primárních potrubí a reaktoru.

Zatím je v provozu pouze jeden komerční rychlý reaktor, ale další jej budou následovat, protože výzkum těchto reaktorů je značně pokročilý a rozhodně bude ještě pokračovat například ve výzkumu využití thoria 232, kterého jsou na zemi značné zásoby.

Dalším kladným faktorem je využívání zbraňového plutonia jako paliva pro elektrárny a tak se myšlenka využívání jádra pouze pro mírové účely může naplnit. 

Zdroje: www.atoinfo.cz
           http://www.world-nuclear-news.org/
           https://aris.iaea.org

Autor: Pavel Suk | úterý 6.10.2015 17:00 | karma článku: 13,30 | přečteno: 408x
  • Další články autora

Pavel Suk

Solné reaktory – řešení energetického problému lidstva?

V minulém článku byly shrnuty základní informace o reaktorech s roztavenými solemi, v následujících odstavcích si můžete přečíst současný vývoj těchto reaktorů, hlavně reaktoru Integral MSR.

7.3.2018 v 16:30 | Karma: 16,92 | Přečteno: 1154x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Solné reaktory - minulost, nebo budoucnost?

Jsou všechny koncepty jaderných reaktorů podobné tlakovodním reaktorům? Může být jaderné palivo v tekuté formě? Historii i princip fungování solných reaktorů si můžete přečíst v následujícím článku.

6.3.2018 v 18:50 | Karma: 22,51 | Přečteno: 1381x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

NUSIM2017: Zachování know-how jako klíčová dovednost pro existenci jadrných elektráren?

Nábor nových pracovníků Slovenských elektráren a skupiny ČEZ není jednoduchá práce. Řešení a názory jak personalistů, tak vědeckých odborníků si můžete přečíst v následujícím článku, na závěr pohled analytika z Jobs.cz

5.12.2017 v 20:51 | Karma: 10,91 | Přečteno: 442x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

NUSIM2017: Role design authority a zvládání těžkých havárií na jaderných elektrárnách

V druhé části konference NUSIM byly řešeny problémy design authority s hlavním tématem udržení plánů jaderných elektráren ve shodě s projektem, a také bezpečnostní systémy pro reaktory generace II ke zvládání těžkých havárií.

5.12.2017 v 18:19 | Karma: 11,08 | Přečteno: 189x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Zkušenosti z provozu českých a Slovenských jaderných elektráren se zaměřením na bezpečnost

Letošní konference NUSIM2017 byla vskutku bohatá a hlavní témata, kterých se týkala, byla: bezpečnost provozu JE a lidské zdroje. Úvodních slov konference se chopili prezidenti ČNS a SNUS, Daneš Burket a Vladimír Slugeň.

4.12.2017 v 14:10 | Karma: 12,38 | Přečteno: 417x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Malé modulární reaktory, část II

V tomto článku poskytnu výčet dalších konceptů, které jsou „na papíře“, v licenčním řízení, či dokonce ve výstavbě, jako například plovoucí elektrárna Akademik Lomonosov se dvěma reaktory KLT-40S.

28.11.2017 v 23:50 | Karma: 16,56 | Přečteno: 738x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Malé modulární reaktory, část I

Modulární reaktory jsou novým trendem na poli jaderné energetiky. Přesto, že se tento fenomén teprve rozrůstá, může v budoucnu přinést zajímavé informace a provozní zkušenosti. V následujících článcích shrnu základy SMR reaktorů.

28.11.2017 v 21:46 | Karma: 15,50 | Přečteno: 552x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Mochovce – jaderná elektrárna, nebo past na peníze

Dnešní článek bude věnován slovenské jaderné elektrárně Mochovce, která je ve výstavbě již od roku 1981. Podle plánů měly být v komplexu 4 jaderné reaktory VVER-440 ale během let došlo k událostem, které vedly ke zpoždění výstavby

18.10.2017 v 20:02 | Karma: 13,74 | Přečteno: 961x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Zážitky z exkurze do Spojeného ústavu jaderných výzkumů část III

V minulém díle byla představena Frankova laboratoř neutronové fyziky, v následujícím bude shrnuto využití reaktoru IBR-2. Dále pak poslední laboratoře z exkurze v SUJV jako laboratoř jaderných, zabývající se projektem Gigatone

5.10.2017 v 18:56 | Karma: 10,81 | Přečteno: 263x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Zážitky z exkurze do Spojeného ústavu jaderných výzkumů část II

V minulém článku jste se dozvěděli o Spojeném ústavu jaderných výzkumů v Dubně, zejména o laboratoři pro studium vysokých energií. Následující je zaměřen na laboratoře jaderných reakcí a neutronové fyziky s reaktorem IBR-2

5.10.2017 v 15:58 | Karma: 11,47 | Přečteno: 274x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Zážitky z exkurze do Spojeného ústavu jaderných výzkumů část I

Většina čtenářů zajímajících se o fyziku elementárních částic jistě zná vědecký komplex CERN. Málokdo ale ví, že přibližně 100 km severně od Moskvy jsou vystavěny vědeckovýzkumné laboratoře.zabývající se podobnými problémy

4.10.2017 v 20:51 | Karma: 12,17 | Přečteno: 345x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Spojené státy a jejich problémy s jádrem část II

V minulém příspěvku byly shrnuty základní příčiny úpadku jaderného programu ve Spojených státech, v dnešním článku si můžete přečíst, jakým způsobem by USA mohla tyto problémy překonat a dostat se opět do čela jaderného programu.

8.8.2017 v 8:45 | Karma: 15,38 | Přečteno: 549x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Spojené státy a jejich problémy s jádrem část I

Spojené státy, dříve velmi silná mocnost v jaderném průmyslu, ztratila krok s ostatními jadernými velmocemi. Jaké jsou důvody tohoto sestupu? Přetrvává možnost, aby si znovu vydobyla první příčky?

7.8.2017 v 23:25 | Karma: 18,95 | Přečteno: 703x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Novovoroněžská II, zážitky z exkurze na elektrárně, pokračování

Pokračování reportáže o Novovoroněžské elektrárně, kde jsem byl v dubni na exkurzi. V následujícím článku se dočtete zejména o výstavbě 7. bloku a komplexnosti systému Multi-D, o výcviku obsluhy a monitoringu životního prostředí

6.5.2017 v 14:12 | Karma: 15,85 | Přečteno: 552x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Novovoroněžská II, zážitky z exkurze na elektrárně

V dubnu 2017 jsem měl možnost navštívit první komerční jaderný blok generace III+. Jedná se o 6. blok komplexu Novovoroněžská JE (také znám jako 1. blok Novovoroněžské JE-II), kde také probíhá výsvýstavba dalšího bloku VVER-1200.

6.5.2017 v 12:52 | Karma: 19,86 | Přečteno: 442x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Stuxnet – vir který napadl íránský jaderný program

Bezpečnost jaderných zařízení hraje klíčovou roli v otázce jejich provozu, ne vždy jde však o bezpečnost fyzických systémů, bezpečnost je třeba zajistit také počítačovým systémům, které se mohou stát terčem hackerů.

10.4.2017 v 19:58 | Karma: 13,46 | Přečteno: 957x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Tchien-wan

Dnešní článek popíše jednu z nejbezpečnějších tlakovodních jaderných elektráren. Jedná se o čínskou Tchien-wan (pchin-jin: Tianwan), která se ve své kategorii pyšní několika nadstandardními bezpečnostními prvky.

9.4.2017 v 9:51 | Karma: 13,07 | Přečteno: 310x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Jaderná elektrárna Kudankulam

Další článek je věnován indické jaderné elektrárně Kudankulam, která se pyšní svými vylepšeními oproti klasickým jaderným elektrárnám generace II.

24.3.2017 v 7:02 | Karma: 16,07 | Přečteno: 492x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Rovnocenné podmínky pro různé zdroje energie?

Jednotlivé zdroje energie mají různé zastoupení a různou podporu jak u obyvatel, tak u státu. Vezmeme-li například pořizovací ceny, jaderné zdroje velmi zaostávají za fosilními, se kterými je lze co do charakteru výroby srovnávat.

23.3.2017 v 15:06 | Karma: 14,66 | Přečteno: 233x | Diskuse| Věda

Pavel Suk

Búšehr, íránská jaderná elektrárna

Jaderná elektrárna Búšehr je zatím jedinou íránskou jadernou elektrárnou a prozatím je zde v provozu pouze jeden blok VVER-1000.

5.3.2017 v 14:38 | Karma: 14,29 | Přečteno: 534x | Diskuse| Věda
  • Počet článků 59
  • Celková karma 0
  • Průměrná čtenost 669x
Jmenuji se Pavel Suk, je mi 24 let, studuji ČVUT, fakultu jadernou a fyzikálně inženýrskou, studijní obor Jaderné inženýrství.

Seznam rubrik