reklama

Jadrové elektrárne budúcnosti

Kam smerujú jadrové reaktory a čo môžeme od nich v budúcnosti čakať? Výskum sa za posledných sedemdesiat rokov nezastavil a stále je kam napredovať. Tak ako postupuje technologická úroveň, napreduje aj legislatíva. Jadrová bezpečnosť sa za ten čas stala neoddeliteľnou súčasťou pojmov ako je efektívnosť a energetická výkonnosť jadrovej elektrárne. Tieto tri aspekty budú tvoriť základný kameň, ktorý bude charakterizovať budúcnosť jadrových reaktorov.

Písmo: A- | A+
Diskusia  (0)

Pekný pojem a bohužiaľ stále aktuálny. Aj keď žijeme v dobe, kedy už tí najodvážnejší predpokladali, že jadrové elektrárne budúcnosti budú realitou. Avšak na druhej strane, jadrová energetika je globálnou záležitosťou a jej vývoj ovplyvňujú udalosti (niektoré pozitívne, niektoré negatívne) na celom svete. Preto by som nasledovný príspevok začal citátom, bohužiaľ však neviem kto je jeho pôvodcom, ale najčastejšie ho prezentujú francúzsky vedci: “Jadrová energetika je oblasť evolučná a nie revolučná.“ Čo si však pod tým predstaviť? Nič zložité, stačí sa len pozrieť do histórie.

SkryťVypnúť reklamu
Článok pokračuje pod video reklamou
Prezentácia prvej kontrolovanej štiepnej reakcie v Chicagu.
Prezentácia prvej kontrolovanej štiepnej reakcie v Chicagu. 

Sľubný začiatok a potom útlm

Prvá kontrolovaná štiepna reakcia, čiže prvý jadrový reaktor, bol prezentovaný už v roku 1942 v Chicagu (viac o tejto udalosti sa dozviete tu a tu). Prvých pätnásť až dvadsať rokov po Chicagskom reaktore bolo vybudované veľké množstvo výskumných reaktorov, kde sa overovali rôzne koncepty a princípy štiepenia jadier pre energetické účely. Popri experimentálnych reaktoroch, boli budované už aj prvé energetické jadrové elektrárne, ktoré zásobovali svoje okolie elektrickou energiou, ale dosahovali len nízke výkony. V tomto období sa vedci zamerali predovšetkým na vývoj reaktorov pracujúcich s rýchlymi neutrónmi.

SkryťVypnúť reklamu
reklama

Čo však čert nechcel, objavenie nových ložísk uránu, zefektívnenie obohacovacích procesov a technologický pokrok umožnil rýchly rozvoj a nasadenie reaktorov pracujúcich s tepelnými neutrónmi (aké sú to tepelné a rýchle neutróny si povieme nižšie), ktoré v tomto období boli považované za druhoradé. Reaktory s rýchlymi neutrónmi však nezapadli prachom. Našli si dočasné uplatnenie vo vojenskom priemysle a na svoje plnohodnotné uplatnenie stále čakajú.

Postupné budovanie jadrových elektrárni a hlbšie spoznávanie procesov sprevádzajúcich štiepenie jadier nás priviedli od jadrových elektrární s výkonom 5 Megawatt až k súčasným 1500 Megawattovým elektrárňam. Všetky pritom využívajú princípy demonštrované už Chicagským jadrovým reaktorom.

SkryťVypnúť reklamu
reklama

Jadrové technológie, teda aj jadrová energetika, hľadajú cestu ako čo najefektívnejšie využiť energiu uloženú v jadrách atómov a každý objav, nech je akokoľvek revolučný, je len črepinkou pasujúcou do veľkej mozaiky. Môžeme zhrnúť, že veľkú jadrovú elektráreň nepostavíte bez prevádzky a skúseností tých menších. Preto treba postupovať krok za krokom na základe dosiahnutých vedomosti. Občas samozrejme prídu aj nezdary, ale ak sa z nich nepoučíme, tak potom pôjde o ozajstnú katastrofu. 

Kam smeruje jadrová energia

Čo potom prinášajú jadrové elektrárne budúcnosti? V princípe všetko a nič, ale poďme po poriadku. Koncept jadrových elektrární budúcnosti vznikol už v roku 2002 a je známy viac pod pojmom reaktory štvrtej generácie (GEN IV). Skupina krajín s najviac rozvinutou infraštruktúrou v jadrovej energetike zriadila medzinárodné fórum, cieľom ktorého bolo zjednotiť výskum a upriamiť ho na najperspektívnejšie technológie s potenciálom zabezpečiť dostupnosť a dostatok energie pre ďalšie generácie.

SkryťVypnúť reklamu
reklama

Motivácia bola veľmi jednoduchá, a to financovanie. Za posledných šesťdesiat rokov bolo rozpracovaných takmer sto konceptov a podporovať výskum každého z nich by bolo nereálne. Zároveň pri súčasnej technológií sa využíva len 0,7% z potenciálu uránových zásob. Nehovoriac o odpadoch, ktoré vznikajú a je potrebné ich spracovávať.

Historický vývoj jadrových reaktorov.
Historický vývoj jadrových reaktorov. 

Kritéria, na základe ktorých boli perspektívne koncepty vybrané, môžeme rozdeliť do štyroch základných skupín. Preto každý koncept štvrtej generácie reaktorov musí zabezpečovať:

  • trvalo udržateľný rozvoj pre budúce generácie, ale aj tie, ktoré sa rozhodnú skončiť s jadrovými zariadeniami

  • ekonomickosť počas prevádzky, ale aj po jej ukončení

  • bezpečnosť a spoľahlivosť

  • odolnosť voči šíreniu jadrových materiálov a fyzická ochrana voči vonkajším vplyvom

Ciele, ktoré si medzinárodné fórum dalo, možno znejú populárne a honosne. Nech sa však na to pozrieme cez ktorékoľvek kritérium, idea je v princípe jednoduchá: vytvoriť bezpečnejší, bezpečnejší a ešte raz bezpečnejší zdroj energie.

Experti poverení medzinárodným fórom vybrali spomedzi sto spomínaných reaktorových konceptov šesť najperspektívnejších. V tomto momente by bola na mieste otázka, prečo šesť? Nepostačil by nám jeden typ reaktora? Odpoveď nájdeme v zamýšľanom uplatnení. Tak ako som písal v predchádzajúcom príspevku, kde všade našli jadrové reaktory svoje uplatnenie, tak aj pri výbere bolo potrebné zohľadniť širšiu oblasť uplatniteľnosti, ako je len produkcia elektrickej energie. Pri skladaní flotily reaktorov GEN IV sa prihliadalo aj na možnosť jednotlivých konceptov produkovať technické teplo pre vysokoteplotné aplikácie ako je napríklad produkcia vodíka. Pri hľadaní, kde všade by sa ešte mohli tieto reaktory použiť, sa ľudskej fantázií ani v rámci tejto skupiny reaktorov medze nekládli. Preto vybrané jadrové reaktory môžu byť použité v malých modulárnych, v stredne veľkých, ale aj vo veľkých monolitických jadrových elektrárňach alebo jadrových zariadeniach.

Rýchle reaktory budúcnosti = bezpečnosť na prvom mieste

Jadrové elektrárne budúcnosti budú založené na šiestich konceptoch reaktorov štvrtej generácie s názvami:

  • reaktor chladený tekutými soľami

  • vysokoteplotný plynom chladený reaktor

  • superkritickou vodou chladený reaktor

  • olovom chladený rýchly reaktor

  • sodíkom chladený rýchly reaktor

  • plynom chladený rýchly reaktor

Prívlastok rýchly reaktor treba chápať ako reaktor pracujúci s rýchlymi neutrónmi. Tento typ reaktorov bol už spomínaný v predchádzajúcich odstavcoch, ako typ ktorý sa nepresadil v prvotnej konkurencii.

 Bohužiaľ technologická náročnosť rýchlych reaktorov pre energetické uplatnenie bola nad schopnosti danej doby. No efektívnosť využitia jadrového paliva (až 60krát vyššia) je neporovnateľná s ostatnými konceptmi, čo je aj jedným z dôvodov prečo sú hneď tri reaktory štvrtej generácie z vybraných šiestich rýchle.

Jednotlivým konceptom sa budem podrobnejšie venovať v nasledujúcich šiestich príspevkoch, kde budú rozobraté ich výhody, nevýhody a prioritné uplatnenie. Na záver by som ešte raz zdôraznil ideu jadrových elektrárni budúcnosti, ktorá je bezpečnosť. Nie len z pohľadu priameho ohrozenia personálu a okolitého obyvateľstva jadrovej elektrárne, ale aj z pohľadu efektívnych zásob štiepneho materiálu a produkcie rádioaktívnych odpadov.

PS: Ešte sľúbené vysvetlenie tepelných a rýchlych neutrónov. Vysvetlenie je veľmi jednoduché. Neutróny, ktoré vznikajú pri štiepení sú takpovediac vystrelené z oblasti, kde prebehlo štiepenie. Na počiatku sa pohybujú veľmi vysokou rýchlosťou, preto rýchle neutróny. Zároveň proces, ktorý popisuje stratu energie (rýchlosti) neutrónov pri ich interakcií s jadrami počas svojho pohybu prostredím sa v neutrónovej fyzike nazýva spomaľovanie.

Tepelné neutróny sú ekvivalentom pomalým neutrónom. Prečo teda tepelné? Pretože rýchlosť týchto neutrónov je taká nízka, že je porovnateľná s tepelným pohybom atómov prostredia. Atómy si tieto neutróny medzi sebou pohadzujú spôsobom ako sa pohybuje guľôčka v hre tivoli. Keďže pohyb atómov v materiáloch je závislý na teplote, tak aj neutrónom s touto rýchlosťou pripadlo jednotné označenie ako tepelné.

Jakub Lüley

Jakub Lüley

Bloger 
  • Počet článkov:  10
  •  | 
  • Páči sa:  0x

V súčasnosti pokračujem v doktorandskom štúdiu a na čiastočný úväzok pracujem na projekte "Neutronické analýzy rýchleho plynom chladeného reaktora" prebiehajúceho na Ústave jadrového a fyzikálneho inžinierstva. Zároveň som konateľom v spoločnosti B&J NUCLEAR s.r.o.. Zoznam autorových rubrík:  NezaradenéSúkromné

Prémioví blogeri

Milota Sidorová

Milota Sidorová

5 článkov
Lucia Šicková

Lucia Šicková

4 články
Matúš Sarvaš

Matúš Sarvaš

3 články
Zmudri.sk

Zmudri.sk

3 články
Jiří Ščobák

Jiří Ščobák

752 článkov
reklama
reklama
SkryťZatvoriť reklamu