60 let od spuštění prvního jaderného reaktoru v Československu

Společnost Centrum výzkumu Řež s. r. o. provozuje dva výzkumné jaderné reaktory. Oba vznikly rekonstrukcí a modernizací svých starších předchůdců. Oba v letošním roce slaví jubilea: Výzkumný reaktor LR-0 slaví 35 let od spuštění a výzkumný reaktor LVR-15 dokonce 60 let. Jeho předchůdce VVR-S se stal v roce 1957 prvním jaderným reaktorem u nás. Československo se tak stalo devátou zemí na světě, která postavila a zprovoznila vlastní reaktor.

Výstavba reaktoru s původním označením VVR-S byla zahájena v roce 1955 zároveň s výstavbou výzkumného areálu v Řeži u Prahy. Reaktor byl spuštěn 24. 9. 1957. Z pohledu československého jaderného výzkumu to byla přelomová událost. Jeho tepelný výkon byl 2 MW.

Experimentální začátky

Již v roce 1958 proběhly první experimenty se vzduchovou smyčkou, které souvisely s přípravou stavby první československé jaderné elektrárny A-1 v Jaslovských Bohunicích. Protože na elektrárně A-1 byl chladivem oxid uhličitý (CO₂), byla na reaktoru VVR-S nainstalovaná reaktorová plynová smyčka pro účely výzkumu vlivu elektrického pole na přestup tepla do chladícího CO₂ v podmínkách radiace a vyšších tlaků. Tato úprava a požadavky na zkrácení doby ozařování nakonec vedly ke zvýšení tepelného výkonu z 2 MW na 4 MW rekonstrukcí aktivní zóny. Rekonstrukce proběhla v letech 1962 až 1964 ve spolupráci s Polskem.

Neustálé vylepšování

Během prvního desetiletí provozu reaktoru VVR-S se uskutečnila řada změn a vylepšení elektronického a technologického zařízení reaktoru, např. měření pH a vodivosti vody v primárním okruhu, zavedení potrubní pošty pro rychlou dopravu ozářených vzorků, úprava zařízení horkých komor, byla vybudována iontoměničová stanice pro čištění vody primárního okruhu. Zařízení na automatické spouštění a regulaci výkonu pomocí pohyblivých detektorů navrhli a patentovali sami pracovníci ústavu. Od roku 1964 také na reaktoru funguje vodní smyčka, na které po dobu dvou let probíhal výzkum koroze oceli v radiačním poli reaktoru. V dalších letech byla smyčka přestavěna na vyšší tlaky a využívá se k výzkumu koroze materiálů těžkovodního okruhu energetických reaktorů, ke studiu radiolýzy a čištění cirkulující vody, k vývoji měřicí a ovládací techniky, k prověření dozimetrického systému a dekontaminačních procesů primárních okruhů. Reaktorové vodní smyčky patří k nejvýznamnějším experimentálním zařízením reaktoru.

Ozařovací služba

Od počátku provozu reaktoru VVR-S bylo hlavní náplní ozařování vzorků, pro které se využívalo dvou hlavních druhů ozařovacích kanálů – napevno zabudovaných úzkých kanálů o průměru 40 mm a širokých o průměru 60 mm s proměnlivou ozařovací kapacitou. Dalšími ozařovacími možnostmi byly čtyři vertikální kanály v tepelné komoře a deset horizontálních kanálů vedených z obvodu reaktoru na střed aktivní zóny. V roce 1980 bylo na reaktoru k dispozici osm úzkých a devatenáct širokých kanálů. Největší objem ozařovacích prací v této době připadal na ozařování monokrystalů křemíku, k čemuž sloužil speciálně upravený kanál otáčející se kolem své osy, aby se zajistilo rovnoměrné ozáření krystalů. (Vysoce čistý křemík pro výrobu polovodičů je nutno „znečistit“ přesným množstvím atomů fosforu. Jednou z metod je ozařování neutrony v atomovém reaktoru. V ingotech se část atomů křemíku účinkem energetických neutronů přeměňuje na atomy fosforu.)

Přeměna z VVR-S na LVR-1

V roce 1989 prodělal reaktor zásadní rekonstrukci. Byla vyměněna či renovována všechna technologická zařízení: nádoba reaktoru a vnitřní části reaktoru, systém řízení a ochran, primární okruh, jeřáb v hale reaktoru, vzduchotechnický systém, systém měření technologických parametrů, stacionární dozimetrický systém, transport vzorků do reaktoru a ozářeného materiálu z reaktoru včetně horkých komor a systém napájení elektrickou energií včetně náhradního zdroje. Zkušební provoz „nového“ reaktoru LVR-15 byl oficiálně zahájen 8. 8. 1989 a od 1. 6. 1995 pracuje reaktor v trvalém provozu. Přešel také na vysoce obohacené palivo IRT-2M. Výkon reaktoru se tak zvýšil na 8 MW, v roce 1994 dokonce na 10 MW a celkové využití reaktoru se zvýšilo přechodem na třítýdenní kampaň. Experimentální možnosti reaktoru se významně zvýšily v 90. letech vybudováním několika experimentálních smyček, které modelují podmínky v reaktorech PWR a BWR a umožňují tak zkoušky konstrukčních materiálů v reálných podmínkách. V roce 1998 přešel reaktor z paliva s 80% obohacením na palivo s nižším obohacením (36%).

Roku 2002 zasáhla reaktor povodeň a z velké části ho zatopila. Byl však vzorně opraven a začátkem prosince 2003 prošel expertní misí INSARR organizovanou MAAE, které se účastnili odborníci z 5 zemí provozujících výzkumné reaktory. Mise konstatovala, že „reaktor je provozován bezpečně a kompetentně a při provozu jsou dodržována doporučení MAAE pro bezpečnost výzkumných reaktorů“ a ocenila aktivní přístup vedení ústavu a reaktoru k otázkám jaderné bezpečnosti a radiační ochrany.

Využití reaktoru

Reaktor LVR-15 slouží jako silný zdroj neutronů pro aplikace v oblasti materiálového výzkumu, korozních testů, neutronové fyziky a k produkci radioizotopů. Vysoký tok neutronů a doprovodného záření je užitečný pro ozařování a testování materiálů za různých provozních stavů zejména pro hodnocení a predikci životnosti materiálů a komponent jaderných zařízení. Kromě materiálového výzkumu (ozařování vzorků materiálů pro reaktorové tlakové nádoby, korozní zkoušky materiálů primárního okruhu a vnitřních vestaveb) a testů vodních režimů primárního okruhu, slouží reaktor pro neutronovou aktivační analýzu, výrobu a vývoj nových radiofarmaceutických preparátů, výrobu radiačně dopovaného křemíku pro elektrotechnický průmysl, ozařovací servis a vědecký výzkum vlastností materiálů. Od roku 2000 patří mezi pouhých několik pracovišť na světě pro neutronovou záchytovou terapii nádorových onemocnění mozku. K dnešnímu datu bylo úspěšně ozářeno celkem pět pacientů.

Reaktor využívá nejen Centrum výzkumu Řež, ale v rámci tzv. Otevřeného přístupu i další instituce, např. Ústav jaderné fyziky AV ČR, který rovněž sídlí v Řežském areálu u Prahy. Speciální experimentální smyčky HTHL (vysokoteplotní heliová smyčka) a SCWL (vodní smyčka se superkritickými parametry) budou poskytovat experimentální data pro simulace chemických a fyzikálních podmínek chladiva včetně působení radiace u budoucích typů reaktorů tzv. IV. generace.

Slouží i k výzkumu jaderné fúze

Jednoduššími zařízeními pro provádění testů jsou sondy. Příkladem je sonda TW3, která byla použita pro cyklické testování modelů primární stěny fúzního tokamaku ITER. V současné době se testují další zařízení, např. pro hodnocení a řízení životnosti tlakových nádob energetických reaktorů a jejich vnitřních částí nebo LTCC senzorů magnetického toku pro ITER.

Reaktor LVR-15 dnes

V současné době patří reaktor LVR-15 v Evropě mezi několik materiálových reaktorů středního výkonu. Dnes reaktor používá ruské palivo typu IRT-4M s obohacením do 20 %. Přešel na něj v souladu s mezinárodním programem Reduced Enrichment for Reseach and Test Reactors (RERTR), což je cílené snížení obohacení paliva v civilních výzkumných reaktorech, a tím i vyloučení používání vysoce obohaceného paliva z civilního sektoru. Za doporučenou bezpečnou hranici, při které nehrozí zneužití štěpitelného uranu, se dnes pokládá obohacení paliva do 20 %.  Podle projektu by měl reaktor pracovat do roku 2018.

Technické parametry reaktoru jsme uvedli v článku http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-fyzika-a-energetika/477-prvni-ceskoslovensky-jaderny-reaktor. Rozhovor s operátorkou reaktoru Martinou Malou jsme uveřejnili zde: http://www.3pol.cz/cz/rubriky/rozhovory/1288-martina-mala-operatorka-experimentalnich-zarizeni.