Reaktor PRISM

Power Reactor Inherently Safe Module (PRISM) je nový typ jaderného reaktoru čtvrté generace. Jeho autorem je americko-japonská firma GE-Hitachi. Reaktor umožňuje spalovat plutonium – proto se o něj zajímá například Spojené království (UK), kde zásoby plutonia vloni dosáhly 112 tun a britská vláda musí každoročně vydávat okolo 94 milionů eur na jejich bezpečné uložení a ochranu.

GE-Hitachi Prism, reaktor čtvrté generace, je modulární rychlý reaktor chlazený kapalným sodíkem s výkonem 311 MW. Projekt počítá s dvojicí reaktorů připojených na dvojici turbín s celkovým výkonem 622 MW. Spaluje plutonium a uran z recyklovaného použitého paliva. UK počítá se třemi takovými jednotkami o celkovém výkonu 1 866 MW. Předběžně se uvažuje, že by stál v Sellafieldu, kde se také skladuje většina britského plutonia. Na lokalitě by zároveň mohlo pracovat moderní recyklační centrum, kde by se elektrometalurgickým procesem z použitého paliva z britských jaderných elektráren extrahoval uran, plutonium a další transurany. (O prvním velkém přepracovacím závodu THORP v Sellafieldu jsme psali v Třípólu v roce 2005: www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-energetika/596-thorp-kroceni-radioaktivity).

Díky přepracování by k uložení zbyl jako radioaktivní odpad jen zlomek z použitého paliva. Nutnost délky skladování kvůli radioaktivitě by také klesla z nynějších 300 000 let jen na asi 300 let. V srpnu 2013 o možnosti využití plutonia jednala Agentura pro vyřazování jaderných zařízení (UK’s Nuclear Decommissioning Authority). Závěrem diskuse bylo, že „znovuvyužití plutonia v podobě MOX (mixed oxide fuel) je nejvhodnějším způsobem jeho využití a likvidace“ (o palivu MOX jsme v Třípólu psali v článku www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-energetika/536-co-je-to-mox). David J. C. MacKay, vedoucí vědecký pracovník britského centra DECC (The Department of Energy & Climate Change – Oddělení pro energetiku a klimatickou změnu) uvedl, že uskladněné britské plutonium obsahuje dostatek energie pro zásobování celého státu na 500 let.

Reaktor bazénového typu

Reaktor byl vyprojektován v Argonne National Laboratory v Idahu a je přímým následovníkem experimentálního rychlého množivého reaktoru EBR II, který zde úspěšně pracoval od roku 1965 celých třicet let až do roku 1994.

PRISM je desetkrát větší a na rozdíl od svého předchůdce, který měl chladicí smyčky, je bazénový, tj. palivové články jsou zanořeny v chladivu, což zlepšuje přestup tepla. Pracuje při teplotách vyšších než 500 °C. Jednotlivé bazénové moduly jsou umístěny pod úrovní terénu a obsahují celý primární okruh se sodíkovým chladivem. Reaktorová nádoba také obsahuje vzduchový chladicí systém, který je schopen samočinně fungovat v případě havárie se ztrátou chladiva a zamezit tak přehřátí aktivní zóny.

Reaktor je tzv. pasivně bezpečný, to znamená, že bezpečnostní opatření jsou založena na přírodních fyzikálních zákonech a omezují tak nebezpečí lidské chyby. Tepelný výkon je 840 MW, elektrický 311 MW. Reaktor má meziokruh sodíkového chladiva, který přenáší tepelnou energii z chladiva aktivní zóny na sodíkovou smyčku, sekundární sodíkový chladicí okruh pak ve výměníku sekundární sodík-voda mění v terciárním chladicím okruhu vodu na páru, která pohání parní turbínu.

Reaktor PRISM používá kovové palivo – slitinu zirkonu, uranu a plutonia (obsah plutonia bude asi 20 %). Palivové soubory dlouhé 3 m a vážící 500 kg obtéká kapalný sodík za atmosférického tlaku, což zajistí vysoce účinný přestup tepla z paliva do chladiva. V jednom modulu je asi 100 palivových souborů. Délka kampaně je 6 let, každé dva roky se obmění asi třetina paliva.Životnost reaktoru je projektovaná na 60 let.

Rychlé reaktory ale nejsou ničím novým

Reaktorů založených na štěpení rychlými neutrony již od padesátých let pracovalo nebo pracuje na světě dvacet. Kromě USA také ve Francii, Japonsku, Německu, Rusku, Indii, Kazachstánu i v UK. Dnes se v Rusku v Belojarsku staví rychlý reaktor BN-800, který by zde měl nahradit BN-600, pracující od roku 1980. Reaktor je právě ve stadiu fyzikálního spouštění a plného výkonu by měl dosáhnout na přelomu let 2014 a 2015. Demonstrační rychlé reaktory také nedávno spustila Čína (v roce 2010) a Indie (v roce 2012). GE-Hitachi podepsalo už v říjnu 2010 memorandum s ministerstvem energetiky USA o umožnění stavby demonstračního prototypu v Savannah River. Výroba více malých reaktorových modulů by významně zlevnila výrobu. Exportní a Importní Banka USA už vyjádřila zájem na jeho financování.

Waste to Watts

Z odpadu elektřina – to je heslo, s nímž GE-Hitachi nový reaktor nabízí. Použití recyklovaného paliva zajistí další elektřinu pro pokrytí rostoucího hladu po energii a zlepší energetickou bezpečnost. PRISM reaktor jako část Pokročilého recyklovacího centra (Advanced Recycling Center) by zvládl zpracovat všechen uran a transurany (prvky těžší než uran) v použitém jaderném palivu. To je lepší výsledek, než při běžném přepracování paliva. V použitém palivu z lehkovodních reaktorů zůstává nevyužito 95 % energie. Nové typy reaktorů, jako právě PRISM, by vyrobily 100x více elektřiny, než lehkovodní, a navíc by významně snížily radiotoxicitu zbylých odpadů. Za 60 let své životnosti by sellafieldské moduly PRISM zlikvidovaly veškeré britské zásoby plutonia – tím by také odpadla obava z možného zneužití plutonia k teroristickým účelům. Mohly by se tak i řešit zásoby nepoužitého paliva z minulých jaderných programů. V okolí Sellafieldu by nové reaktory vytvořily několik set nových pracovních míst na dlouhá desetiletí. UK by ušetřila peníze vydávané na skladování a střežení plutonia a získala by významný zdroj elektřiny s nízkými provozními náklady.

Tabulka Přehled rychlých reaktorů ve světě

Výkon:	MW (elektrický)	MW (tepelný)	v provozu
USA
EBR 1	0.2	1.4	1951-63
EBR II (E)	20	62.5	1963-94
Fermi 1 (E)	66	200	1963-72
SEFOR		20	1969-72
Fast Flux Test Facility (E)		400	1980-93
UK
Dounreay FR (E)	15	65	1959-77
Prototype FR (D)	270	650	1974-94
Francie
Rapsodie (E)		40	1966-82
Phenix* (D)	250	563	1973-2009
Superphenix (C)	1240	3000	1985-98
Německo
KNK 2 (E)	21	58	1977-91
Indie
FBTR (E)		40	1985-
PFBR (D)	500	1250	2012-
Japonsko
Joyo (E)		140	1978-
Monju (D)	280	714	1994-96, 2010-
Kazachstán
BN-350* (D)	135	750	1972-99
Rusko
BN 1/2		1/0.1	1950s
BR 5/10 Obninsk (E)		5/8	1959-71, 1973-
BOR 60 Dimitrovgrad (E)	12	55	1969-
BN-600* Beloyarsk 3 (D)	600	1470	1980-
BN-800 Beloyarsk 4 (C)	880	2000	2014-
Čína
CEFR (E)	20	65	2010-

Pozn: E = experimentální, D = demonstrační, C = komerční