Těžkovodní reaktory jsou, vedle klasických tlakovodních a rychlých, dalším důležitým zástupcem jaderné energetiky. Hlavní zemí, vyvíjející těžkovodní reaktory je Kanada, která provozuje reaktory CANDU.
CANDU je kanadský jaderný reaktor, využívající ke štěpné řetězové reakci neobohacený přírodní uran. Moderování neutronů je prováděno pomocí těžké vody a z toho plyne i název. CANDU = Canada deuterium uranium. Hlavní výhoda tkví v provozu na bázi přírodního uranu. Obohacování uranu je velmi nákladnou záležitostí, a proto si ji mohou dovolit jen některé země. Obohacování uranu se provádí na obřích centrifugách na principu difuze. V poslední době se v USA vyvíjí nová metoda obohacování, která je založena na principu laseru.
Historie
Vývoj těžkovodních reaktorů byl odstartován již v roce 1945, kdy byl v Kanadě vystavěn první experimentální jaderný reaktor ZEEP. Reaktor ZEEP byl reaktor nulového výkonu, původně byl koncipován k produkci zbraňového plutonia. Další výzkumy byly prováděny na reaktoru NRX. Výzkumný reaktor NRX měl tepelný výkon 47 MW, následoval reaktor NRU o výkonu 95 MW. V roce 1962 byla postavena první demonstrační elektrárna s horizontální reaktorovou nádobou a výkonem 20 MW elektrických. Prvním předchůdcem dnešních reaktorů CANDU byla jaderná elektrárna Douglas Point s elektrickým výkonem 206 MW.
Výstavba reaktorů CANDU započala v roce 1965 projektováním jaderné elektrárny Pickering A. Pickering A byla projektována se čtyřmi reaktory CANDU o jednotkovém výkonu přes 500 MW elektrických. Poslední blok této elektrárny byl dokončen roku 1971.
Technické parametry a hlavní přednosti
Oproti klasickým tlakovodním reaktorům jsou reaktory CANDU koncipovány jako horizontální válce. Geometrie takovýchto reaktorů se ukázala vhodnější pro těžkovodní reaktory, ve kterých probíhá moderace na těžké vodě (D2O). Štěpení probíhá na přírodním uranu. Uranové peletky jsou v reaktoru horizontálně a řídící a regulační tyče vertikálně. Další zvláštností těžkovodních reaktorů je výměna paliva, která probíhá za provozu. Díky výměně paliva za provozu dosahují reaktory CANDU vysokého koeficientu využití, až 93 %, čímž se stávají hospodářsky a ekonomicky velmi atraktivní.
Mezi hlavní nevýhodu reaktorů CANDU patří velká spotřeba těžké vody, která je náročná na výrobu. Jaderná elektrárna o výkonu přibližně 1000 MW potřebuje asi 800 tun těžké vody. Další nevýhodou by mohl být kladný tepelný koeficient reaktivity, který musí být kompenzován jinými absorpčními materiály. Celkový koeficient reaktivity nesmí být v žádném případě kladný, znamenalo by to, že kdyby se elektrárna dostala z kritického stavu (stav, kdy se výkon reaktoru nemění) bez použití regulačních prvků, výkon jaderné elektrárny by pouze rostl.
CANDU reaktory
CANDU reaktory jsou standardizovány v několika výkonových modelech. Nejméně výkonný reaktor má elektrický výkon 300 MW a je určen především pro rozvojové země. Další variantou je reaktor CANDU-600, který má výkon 600–700 MW elektrických. Zatím nejvýkonnější verze je CANDU-950 s elektrickým výkonem 900-1050 MW. Největší rozdíly mezi CANDU-600 a CANDU-950 jsou v bezpečnostních systémech. Při havárii LOCA se automaticky oddělí chladicí smyčky a reaktor je chlazen nouzovým chladicím systémem. Nouzový chladicí systém se stává z vysokotlakých vstřikovacích systémů, nízkotlaké chlazení vodou z bazénů nad reaktorem, chlazení vodou z jímek ochranné obálky.
CANDU 6 reaktor
CANDU 6 je těžkovodní jaderný reaktor generace II, který byl vyvíjen před rokem 1980 a je v provozu i nyní v některých zemích jako je Kanada, Argentina, Jižní Korea, Čína, Rumunsko. Elektrický výkon reaktoru CANDU-6 se pohybuje kolem 720 MW. Hlavní předností tohoto reaktoru je možnost provozovat jej s různým palivem a to s přírodním uranem, obohaceným uranovým palivem, přepracovaným použitým palivem z tlakovodních reaktorů, palivem MOX a thoriem. Palivo reaktoru CANDU 6 je složeno z 37 částí uložených v kruhu, každá tato část obsahuje palivové peletky, které jsou pokryty slitinou Zircaloy 4. Výhodou reaktoru CANDU 6 je možnost výměny paliva za provozu reaktoru. Tato možnost velmi zvýší využitelnost elektrárny.
Závěr
Těžkovodní reaktory se v minulosti osvědčili především v Kanadě, která svými reaktory vyrábí téměř 16,6 % své spotřeby energie. Stala se hlavním vývozcem technologie těžkovodních reaktorů a své reaktory prodává nejvíce do zemí, které si nejsou schopny sami obohacovat palivo. Další článek přinese nové informace, zejména také o československém těžkovodním reaktoru KS-150.
Zdroje: http://www.candu.com/
https://cna.ca
www.atominfo.cz
http://educa.tydensjadrem.cz/
