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.
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.
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.
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.
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.
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.
