Tlaková nádoba pro druhý reaktor FJFI ČVUT

Stavba druhého štěpného jaderného reaktoru Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT v Praze (FJFI) pokračuje. Ve středu 20. dubna 2022 byla usazena reaktorová nádoba, následovat bude montáž dalších součástí a osazení všemi řídicími, monitorovacími a regulačními prvky a ještě před koncem roku by měl být reaktor VR-2 uveden do provozu. Stane se tak desátým štěpným jaderným reaktorem v České republice.

„Příprava výstavby našeho druhého reaktoru probíhá od roku 2014. Letos už jsme ve finále, když jsme koncem března od Státního úřadu pro jadernou bezpečnost (SÚJB) získali povolení k výstavbě jaderného reaktoru VR-2. Mezitím jsme připravovali vše potřebné k tomu, abychom reaktor mohli co nejrychleji vybudovat,“ vysvětluje Jan Rataj, vedoucí Katedry jaderných reaktorů FJFI. „Nyní osazujeme reaktorovou nádobu a následně ji dovybavíme všemi potřebnými prvky tak, abychom mohli celou sestavu důkladně otestovat a ještě letos reaktor uvádět do provozu. Vše jde přesně podle plánu,“ dodává Jan Rataj.

Klíčové komponenty reaktoru VR-2

• Systém kontroly a řízení – slouží k řízení a ovládání technologie reaktoru VR-2. Dodává ŠKODA JS a. s. ve spolupráci s dataPartner s. r. o.
• Reaktorová nádoba a radiální kanály – uvnitř reaktorové nádoby bude umístěno palivo během provozu. Dodává skupina Witkowitz – VÍTKOVICE ENERGETICKÉ STROJÍRENSTVÍ a. s.
• Skladovací nádoba – slouží k uložení a vysoušení vnitřního koše s palivem. Dodává skupina Witkowitz – VÍTKOVICE ENERGETICKÉ STROJÍRENSTVÍ a. s.
• Zásobní nádrž vodního hospodářství – slouží k uložení demineralizované vody mimo reaktorovou nádobu. Dodává BeHo spol. s r.o.
• Radiační monitorovací systém – dodává firma VF a. s.
• Palivo – přivezeno z Finska z Aalto University.
• Demineralizační stanice – slouží k výrobě demineralizované vody. Dodává firma Watek s. r. o.
• Ohřívací a chladicí technologie – slouží k úpravě teploty demineralizované vody, dodavatel není zatím vysoutěžen.

Udržení českého know-how

Reaktorovou nádobu a také skladovací nádobu vyrobila pro FJFI skupina Witkowitz. „Jsme rádi, že se můžeme podílet na budování nového jaderného reaktoru, který pomůže k výchově odborníků pro jaderný průmysl. Pro skupinu Witkowtz je inspirativní, že může spolupracovat s tak významným akademickým pracovištěm, jakým je FJFI. Spolupráce odborníků z výzkumu, vývoje a praxe je velmi důležitá,” říká ředitel VES ze skupiny Witkowitz, Milan Mercl. VES se nedávno stal členem aliance českých technologických dodavatelů pro jaderné zdroje – CPIA. „Česká republika má mimořádnou konkurenční výhodu v oblasti jaderné energetiky. Skupina Witkowitz si je vědoma, jak je důležité ji udržet. I proto dlouhodobě pracujeme na vývoji modulárního jaderného reaktoru David,” dodává ředitel projektu David SMR a místopředseda představenstva Witkowitz Atomica Martin Groch.

Podkritický reaktor potřebuje pro funkci externí zdroj neutronů

Nový reaktor VR-2 je podkritickým reaktorem, tedy nemá dostatečné množství paliva pro udržení štěpné řetězové reakce. Aby štěpná reakce probíhala, potřebuje externí zdroj neutronů. Reaktor vychází z bazénového uspořádání reaktorové nádoby, ve které se také nachází vnitřní vestavba s palivovými proutky tvořící aktivní zónu. Moderátorem je demineralizovaná voda.

Reaktorová nádoba

Vlastní reaktorová nádoba má válcový tvar s plochým dnem. Je vyrobena z nerezové oceli třídy AISI 316L o tloušťce stěn 8 mm a dna 10 mm. Průměr nádoby bude 1 300 mm a výška 1 710 mm. Nádoba má dva symetrické otvory o průměru 128 mm pro instalaci radiálních kanálů z hliníku. Jeden radiální kanál bude trvale součástí reaktorové nádoby a bude sloužit k umístění neutronového zdroje pro řízení reaktoru. Druhý radiální kanál bude experimentální a bude instalován dle aktuálních experimentálních potřeb. Kanály budou uchyceny v reaktorové nádobě pomocí přírubového spoje.

Palivo

Aktivní zóna bude obsahovat kombinaci obohaceného a přírodního uranového paliva ve formě palivových proutků. V případě obohaceného paliva se jedná o UO₂ s desetiprocentním obohacením ²³⁵U, přírodní uran je ve formě kovového uranu. Moderátorem bude lehká voda. Konfigurace aktivní zóny bude za jakýchkoliv podmínek podkritická, takže k udržení štěpné reakce bude nutný externí neutronový zdroj. Externí neutronový zdroj zajistí neutronový generátor typu D-D, elektronické zařízení, které lze jednoduše vypnout. Při vypnutí se okamžitě zastaví štěpení v aktivní zóně reaktoru. Generátor neutronů umožňuje také měnit parametry generování neutronů, např. zvyšovat nebo snižovat emisi neutronů nebo pracovat v kontinuálním, resp. pulsním režimu.

Tento typ reaktoru je poměrně malý a bez potíží se tak vejde do stávající reaktorové haly, kde už je školní reaktor VR-1 Vrabec. „Díky stávající infrastruktuře jsme si výstavbu druhého reaktoru vůbec mohli dovolit. Jinak by investice byla násobně vyšší,“ doplňuje Jan Rataj.

Využití pro výuku i experimenty

Podkritický reaktor VR-2 bude velmi flexibilním zařízením, které fakulta využije především pro výuku, ale i pro některé experimenty. Hlavní část aktivit bude tvořit výuka studentů jaderného inženýrství. Zařízení bude využíváno v rámci laboratorních úloh. Poslouží také k experimentům v rámci studentských bakalářských, magisterských a doktorských prací. Mimo výukové aktivity bude využíváno také pro výzkumné experimenty. „Požadavky na výuku i experimenty u stávajícího reaktoru byly už několik let na hraně kapacitních možností. S druhým reaktorem můžeme aktivity lépe rozdělit a jsme tak připraveni na větší počet studentů – nejen našich, ale i zahraničních – i na různá školení a praxe zaměstnanců dalších institucí a firem. Míří k nám také spousta středoškoláků a dalších zájemců o exkurze a najít volný termín pro jejich návštěvu nebylo někdy jednoduché. S novým reaktorem jsou naše možnosti mnohem lepší,“ vysvětluje Ondřej Novák z KJR.

Projekt výstavby nového školního reaktoru byl financován hlavně z Operačního programu Výzkum, vývoj a vzdělávání MŠMT – Modernizace velké výzkumné infrastruktury VR-1 – školní reaktor pro výzkumnou činnost CZ.02.1.01/0.0/18_046/0015833. Bez nákladů na palivo a času pracovníků katedry lze cenu výstavby odhadnout na přibližně osm milionů korun, z čehož 6,6 milionu pokryl výše uvedený projekt.

Další informace o školních reaktorech FJFI, studijních programech i vědeckých aktivitách najdete na webu KJR.

Jan Kadeřábek