Vývoj mikromodulárního reaktoru

Americká společnost Ultra Safe Nuclear Corp (USNC) a jihokorejské společnosti Hyundai Engineering (HEC) a Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) podepsaly memorandum o porozumění o pětileté spolupráci, jehož cílem bude vývoj technologií, které zvýší schopnosti mikromodulárního reaktoru (MMR) vyrábět a dodávat nízkouhlíkovou elektřinu, tepelnou energii a vodík.

Mikromodulární reaktor je vysokoteplotní plynem chlazený reaktor (HTGR) o tepelném výkonu 15 MW a elektrickém výkonu 5 MW, který vychází ze zkušeností reaktorů vyvinutých v Číně, Německu, Japonsku a USA. Skládá se ze dvou částí: z jaderného zařízení, které vyrábí tepelnou energii, a z připojené elektrárny, která mění tepelnou energii na elektřinu nebo produkuje technologické teplo pro různé průmyslové aplikace. Systém je projektován tak, aby byl jednoduchý, s minimálními požadavky na provoz a údržbu a nevyžadoval skladování a manipulaci s palivem. MMR používá palivo v prizmatických grafitových blocích a má těsnou přepravitelnou aktivní zónu. 

Spolupráce řeší dvě hlavní oblasti 

1) Vývoj a použití vysokoteplotní technologie k výrobě elektřiny, jakož i technologického tepla pro průmyslové účely.

2) Vývoj a použití plynem chlazeného reaktoru s vysokou teplotou (VHTR) k produkci vodíku pro využití v palivových článcích. Společnosti se budou podílet na nákladech vývoje stejným dílem. 

Jak bude MMR vypadat 

MMR bude systémem tzv. 4. generace štěpných jaderných reaktorů; říká se mu také „fission battery“ - štěpná baterie. Bude použitelný zejména ve vzdálených či těžko přístupných lokalitách, jako jsou doly, průmyslové objekty či komunity vzdálené od elektrických sítí.

Reaktor bude zapuštěn do země. Aktivní zóna je tvořena šestibokými grafitovými bloky složenými ze sloupečků palivových pelet. Palivem jsou standardní TRISO keramické kuličky oxidu uraničitého pokryté karbidem křemíku (Ultra Safe’s FCM™). Palivo v sobě bezpečně udrží štěpné produkty a má neobyčejnou tepelnou stabilitu.

Typická palivová kulička TRISO je velká asi 1 mm a skládá se z jádra tvořeného samotným palivem UO₂ uloženým v porézní uhlíkové vrstvě obalené pyrolytickým uhlíkem, karbidem křemíku a vnějším obalem z pyrolytického uhlíku. (Zdroj USNC)

Aktivní zóna má nízkou energetickou hustotu a vysokou tepelnou kapacitu, což znamená přesně předvídatelné změny teploty. Chladivem je plynné helium, jedno z nejbezpečnějších chladicích médií. Prochází aktivní zónou, kde se ohřívá a přenáší teplo vně, do druhého chladicího okruhu tvořeného roztavenými solemi. Použití helia, inertního plynu, zaručuje, že chladivo nebude nijak reagovat s materiály aktivní zóny a bude zcela prosté případných radioaktivních produktů. Reaktor nepotřebuje ani aktivní systémy k odvádění tepla, ani připojení na elektřinu. I v případě nejnepravděpodobnější události nebude potřebovat vnější chlazení: teplo se pasivně rozptýlí do okolí. Palivo zcela zadržuje štěpné produkty, proto není třeba žádný kontejnment. Provoz reaktoru vyžaduje jen minimální údržbu a nepotřebuje výměnu paliva - počáteční palivová vsázka vystačí na 20 let provozu v plném zatížení.

Kuličky se uzavírají do palivových pelet z nichž se skládají palivové proutky. (Zdroj USNC)

Typické uspořádání MMR™

Energetický systém MMR™ se skládá ze dvou celků: z jaderné části a z připojené průmyslové části. Vytvořené teplo se přenese heliem do druhé části, kde je smyčka s roztavenými solemi a všechno potřebné zařízení pro převedení tepla na elektřinu nebo jeho využití pro jiné procesy, např. vytápění obydlí, skleníků, odsolování mořské vody, výrobu vodíku, pro průmyslové a chemické provozy. Smyčka s roztavenými solemi je flexibilní, v zásobních tancích uchovává teplo pro využití podle potřeby. MMR bude sestavován, testován a licencován ve výrobním zařízení. Bude tvořen moduly pro převážení ve standardizovaných kontejnerech lodí, po železnici nebo po silnici. V dané lokalitě se pak snadno sestaví, případně se složí více modulů dohromady. Může být připojen na existující elektrickou síť nebo může fungovat zcela samostatně. Obrázek vize budoucího uspořádání reaktoru jsme uváděli jako ilustraci u článku https://www.3pol.cz/cz/rubriky/bez-zarazeni/2633-vodik-z-mesice-solary-ve-vesmiru-reaktory-pro-rodinne-domy.

Typické rozložení minielektrárny - vlevo je modul s reaktorem a heliovým chladicím okruhem, vpravo průmyslová část s chladicí smyčkou s roztavenými solemi a zařízením k využití tepla buď na výrobu elektřiny nebo na jiné průmyslové procesy. (Zdroj USNC)

Ochrana životního prostředí

Energetický systém MMR nepoužívá vodu, není zde tedy riziko kontaminace vod. FCM™ palivo nelze přepracovávat, neexistuje tedy nebezpečí jeho zneužití pro vojenské účely.

Zdroje: https://usnc.com/

World Nuclear News, 5. 8. 2020: USNC, Korean companies to develop micromodular reactor