Jaderná fyzika a energetika

Článků v rubrice: 328

Rychlé reaktory – budoucnost jaderné energetiky

Na jaře 2013 do Čech zavítala mimořádná osobnost – profesor Georgij Iljič Tošinskij. Profesor Tošinskij patří do nejstarší generace jaderných vědců a celý svůj profesní život věnoval malým jaderným reaktorům. Je autorem pohonu pro nejrychlejší jaderné ponorky třídy 705K alfa a v 90. letech přišel jako první s návrhem využít je v civilní jaderné energetice. Tento nápad se stal základem pro reaktor SVBR-100, jeden z nejslibnějších ruských projektů současnosti. Server Atominfo.cz s ním udělal rozhovor, který se podařilo převzít do Třípólu.

 

Malé jaderné reaktory SVBR-100

Čím jste se zabýval v 70. a 80. letech? Byly už tenkrát ponorky zcela dokončeny?
Ne, to trvalo dlouho. V roce 1970 byla dokončena první ponorka typu 705, vlajková ponorka 705K pak v roce 1976. Zúčastnil jsem se spousty zkoušek, plavil se s nimi po moři, chodil do různých projekčních organizací… Trup ponorek stavěly dvoje loděnice, jedny v Leningradu, druhé v Severodvinsku. Pak přišla 90. léta, jejich provoz byl ukončen a začali jsme pro tuto technologii hledat i civilní použití.

 

Takže reaktor SVBR-100 je vlastně Vaše dítě?

Vlastně ano, ale nejen moje. Nápad byl můj, ale na návrhu se podílelo mnoho lidí a je jich čím dál více.

 

Má SVBR-100 nějaké zásadní bezpečnostní výhody oproti stávajícím systémům? Pokud ano, v čem spočívají?

Tento reaktor má velmi silnou vnitřní ochranu. To znamená, že těžké havárii zabrání již jeho samotný fyzikální princip funkce. Chladicí směs olovo-bismut totiž disponuje jen minimální skrytou potenciální energií. Směs je nestlačitelná, vře při velmi vysokých teplotách, nepotřebuje pro svou práci vysoký tlak, takže nepůsobí tak silně na stěny prvního obvodu. Není proto žádný důvod, proč by kontejnment reaktoru měl působením chladiva prasknout. Reaktor je dále chemicky inertní vůči vodě a vzduchu, na rozdíl například od sodíku. Díky všem těmto vlastnostem je vyloučena těžká havárie s únikem chladiva podle takového scénáře, jaký známe z reaktorů chlazených vodou. Reaktor chlazený olovem a bismutem nemusíte chránit například před vznikem netěsnosti kvůli přetlakování nebo úniku vodíku. Nepotřebujete vnější ochranné systémy, které by kompenzovaly ztrátu chladiva, protože k ní nemůže dojít. Kromě toho obecně platí, že za celou svou historii má jaderná energie včetně vojenských jaderných programů tisíckrát méně obětí, než například běžná veřejná doprava.

 

Co je na SVBR-100 nejdražší?

Možná překvapí, že nikoli samotný reaktor, jehož cena činí asi čtvrtinu celkové ceny. Důvodem je povinnost dodržet bezpečnostní normy. Jednou jsem slyšel akademika Alexandrova říct, že na jaderných elektrárnách jsou dokonce schody dvakrát dražší, než kdekoliv jinde. Normy jsou často příliš přísné a někdy v tom není žádný smysl.

 

Projevily už nějaké země o SWBR-100 skutečný zájem?

O záměrech využít tento reaktor jsme podepsali memoranda s celou řadou zemí. Chtěly by jej ale koupit s podmínkou prokázání plné funkčnosti reaktoru. S tím samozřejmě souhlasím. Podle toho, co vím z rozhovorů s vědci, velký zájem měla Indonésie, ta potřebuje reaktory nízkého výkonu. Další je například Jižní Korea. Ale zdůrazňuji, jde zatím jen o názory soukromých osob.

 

Velmi by na vývoji SVBR-100 chtěli spolupracovat američtí vědci. I oni došli k názoru, že olovo-bismutové chladivo má velkou budoucnost a tímto směrem přeorientovali vývoj svého vlastního projektu malého reaktoru Hyperion. Původně uvažovali o úplně jiném typu, teď už ale uvádějí olovo-bismut.

Mohl byste o tom říct víc? Hyperion tady není zcela neznámé slovo…

Měl to být reaktor založený na tepelných neutronech s palivem na základě slitiny uranu a hydridu zirkonia nebo něčeho podobného. Jeho hlavní předností měla být vysoká bezpečnost — jakmile se zvýší teplota, vodík fungující jako zpomalovač neutronů uniká a reakce se zastavuje. Ale to jsou jen termodynamické výpočty, kinetika uvedených procesů neumožňuje, aby takový systém skutečně fungoval. Poté, co nějaký čas tato kampaň běžela, se najednou pod názvem Hyperion objevil úplně jiný reaktor o výkonu 25 megawattů fungující na rychlých neutronech a nitridovém palivu. Byl chlazený olovem a bismutem. Ten už by fungovat mohl. Navrhnout ho lze, pokud na tom budou pracovat lidé, kteří mají potřebné zkušenosti. Jinak budou potřebovat k vyzkoušení všech řešení, postupů a jejich odladění minimálně 10 let. Chtějí použít nitridové palivo, které ještě nikde nebylo v provozu. My na něm také pracujeme. Je to velmi slibná oblast, ale ještě na něj nikde ve světě nebyly vydány licence a jeho zkoušky neskončily. My na SVBR-100 plánujeme používat klasické palivo, které už je perfektně odzkoušené a víme, že funguje. Projekt Hyperion měl velkou reklamu, ale dnes už o něm není moc slyšet.

 

 

Rychlé reaktory: současnost a budoucnost

Provoz SVBR-100 je výhodný především na uzavřeném palivovém cyklu. Ten ale ještě není dostatečně dobře odzkoušen a není jasné, nakolik bude rentabilní. Vývoj SVBR-100 a uzavřeného palivového cyklu probíhají souběžně. V jaké fázi je nyní v Rusku uzavřený palivový cyklus, jaké jsou vyhlídky pro nejbližší období?
Naše filozofie je taková: SVBR-100 musí fungovat s jakýmkoliv typem paliva vhodného pro rychlé reaktory, a v jakémkoliv palivovém cyklu. Pro vyladění uzavřeného palivového cyklu stavíme velký reaktor BN-800. Pokud tento cyklus dobře zvládneme, SVBR-100 bude fungovat na podobném cyklu, s MOX palivem stejným, jako plánujeme používat na BN-800.

 

Rovněž pracujeme na jiném uzavřeném palivovém cyklu pro reaktor BREST. Pro ten už chystáme nitridové palivo. Naše výpočty ukazují, že by mohlo mít lepší provozní charakteristiky. Opět jde o cyklus určený primárně pro BREST, nikoliv pro SVBR. Zatím zkoušíme, jaký typ paliva a jaké výrobní technologie – například zda ta „mokrá“ nebo ta bezvodá – jsou optimální. Až to bude hotové, SVBR jednoduše zařadíme do hotového schématu uzavřeného palivového cyklu. Na něm pracujeme nezávisle na SVBR.

Co budete dělat, pokud zjistíte, že uzavřený palivový cyklus není rentabilní?

To není otázka SVBR, nýbrž celé jaderné energetiky. Dnes funguje na otevřeném palivovém cyklu a tepelných neutronech. To je v pořádku. Recyklace paliva je náročná a nákladná. Uzavřený palivový cyklus bude výhodný a nezbytný tehdy, až vzroste cena přírodního uranu nebo jeho obohacování. Uzavřený palivový cyklus dosud skutečně zrealizovala pouze Francie. Použité články Francouzi recyklují a vyrábějí plutonium pro MOX palivo, které pak používají zase na klasických elektrárnách, kde tvoří jednu třetinu aktivní zóny. Francouzi přiznali, že výroba elektřiny tímto způsobem vyjde zatím dráž. EdF, provozovatel francouzských jaderných elektráren, je však státní společnost a vláda tímto způsobem řeší potenciální sociální problémy. Na mysu La Hague, kde jsou umístěny všechny objekty spojené s uzavřeným palivovým cyklem, totiž žije několik desítek tisíc lidí. Případné uzavření továrny by způsobilo prudký vzrůst nezaměstnanosti. To vláda nechce připustit.

 

Spojené státy dnes mají přibližně 105 gigawattů instalovaného výkonu jaderných elektráren, což je pětinásobek toho, co máme my. Američané dnes říkají, že minimálně během tohoto století nebudou stavět žádné rychlé reaktory pro výrobu plutonia s tím, že by pak palivo s plutoniem používali na tepelných reaktorech. Bylo by to nevýhodné. Jsou přesvědčeni, že do konce století jaderná energetika vůči elektrárnám na fosilním palivu neztratí svou konkurenceschopnost. I v Rusku je dnes hlavním důvodem snah rozvíjet tyto rychlé reaktory spíše recyklace vyhořelých článků z klasických jaderných elektráren. Úložiště jsou stále větší, palivo tam jen leží. Pokud postavíme malou sérii rychlých reaktorů a začneme v nich využívat „odpadní“ plutonium, celkový objem radioaktivních odpadů bude mnohem menší a budeme muset ukládat do země jen ty štěpné produkty, které opravdu neumíme využít.

A celkové množství radioaktivity, které ukládáme do země, bude větší, nebo menší?

Je stejné, závisí jen na stupni vyhoření, tedy na výkonu a čase, nikoliv na typu reaktoru. Co je ale velmi důležité: při provozu klasických reaktorů vzniká v palivových článcích velké množství transuranových prvků, takzvaných mladších aktinoidů – jsou to neptunium, curium, americium… Na tepelných neutronech je nespálíte, hromadí se. Rychlé neutrony je ale štěpí a mohou fungovat jako součást paliva. Při provozu rychlých reaktorů samozřejmě vznikají také, ale vznik je v rovnováze s vyhoříváním, takže celkové množství mladších aktinoidů ve světě neroste. Pokud rychlých reaktorů bude dost, celkové „množství radiace“, kterou budeme muset ukládat do země, bude srovnatelné s tím, co z ní vytahujeme při těžbě uranu.

 

Schéma je následující: z 235U a 238U vznikají rozpadem radon, radium a další prvky. Při těžbě uranu se vše dostává na povrch. Většina štěpných produktů má poločas rozpadu přibližně 30 let a po 300 letech, tedy deseti poločasech, už nejsou z hlediska ozáření nebezpečné. Pokud spálíme nižší aktinoidy, které představují radiaci „navíc“, pak budeme ukládat do země stejnou aktivitu, jako jsme vytáhli ven při těžbě.

Jaký je Váš názor na jadernou fúzi? Rusko je země, kde byl vymyšlen tokamak…

Je třeba říct, že dokud nebude postaven a vyzkoušen v provozu ITER, nemůžeme opravdu tvrdit, že dokážeme udržet plazma po potřebnou dobu s potřebnými parametry. Právě proto stavíme tak velký mezinárodní projekt. Ale ITER stále není energetický reaktor a budeme potřebovat další zkušební jednotky. Problémy, které s fúzí vědci a technici mají, jsou velmi složité, například odolné materiály a podobně. Myslím si, že ve 21. století fúzní elektrárnu mít nebudeme a nedokážu říct, kdy by mohla být. Na druhou stranu musím velmi zdůraznit, že z práce na termojaderné fúzi pochází obrovské množství skvělých vedlejších výsledků — supravodivost, silné magnety, materiály odolné proti radiaci a další. To je velmi prospěšné, udržuje to jednak vědecký potenciál, jednak jsou ty výsledky prostě užitečné. Ale z jiného pohledu: i kdybychom vyřešili všechny technické problémy, stále je otázkou rentabilita. Podle mne bude tento reaktor ve srovnání s obyčejnými štěpnými reaktory velmi drahý. Už z principu totiž potřebuje velmi složité prvky a systémy.

 

 

Jaderné vědy a energetika dnes

Myslíte si, že je v dnešní době možné, aby jeden člověk měl přehled o všech oblastech? Například řada vědců v základním výzkumu uvádí, že poznatků máme už tolik, že nikdo už je prostě nedokáže všechny pobrat.
Možná mají pravdu, pokud jde o teoretickou fyziku a podobné vědy. Ale v jaderné energetice to podle mne možné je. Jen je třeba, aby to pochopili lidé, kteří o jaderném vzdělávání rozhodují. To pochopení určitě přijde. Rosatom dnes vede za zachování vědomostí a zkušeností velmi energickou kampaň. Starší generace odchází a je nutné, aby stihla předat své znalosti mladší.

 

Nebál jste se nikdy práce s radioaktivními látkami a zářením?

Lidé se bojí především neznámého. Pokud víte o nebezpečí a víte, jak se před ním chránit, vnímáte ho jinak. Nebudete strkat prsty do zásuvky jen tak, víte, že vás to může zabít, vezmete si gumové rukavice. Pokud vcházíte do místnosti, kde mohou být jedovaté plyny, nasadíte plynovou masku.

 

S radiací je to stejné. Moje první práce byla spojena právě s výpočty radiační ochrany — jak zajistit, aby stěny záření dostatečně odstínily. Věděl jsem, co je radiace a jak se proti ní bránit. Jako první obrana např. slouží vrstva vzduchu nebo filtry. Pokud je zdroj bodový, intenzita klesá se čtvercem vzdálenosti, takže musíte jít co nejdál. Po krátkou dobu můžete pracovat dokonce ve velmi intenzivních polích, ale musíte vědět přesně jak dlouho. Každé povolání má svá rizika – mají je horníci, hasiči, elektrikáři, lidé pracující ve výškách a mnoho dalších…

Děkujeme za rozhovor!


Život profesora Tošinského

Narodil se v Rostově na Donu v lékařské rodině, do školy chodil ve městě Pjatigorsk a v době války žil s rodiči v Taškentu a Ferganě. Protože dokončil desetiletou střední školu se zlatou medaili, pozvaly jej ke studiu bez přijímaček hned dvě vysoké školy: Leningradský polytechnický institut a Moskevský energetický institut. Moskva nabízela zvláštní obor — termofyziku s hlubokým matematicko-fyzikálním základem. Zakotvil tedy zde. V roce 1947 byla na pokyn Ministerstva v institutu zřízena tajemná fakulta číslo 9, která měla jako první v zemi připravovat jaderné odborníky. Přijetí bylo podmíněno velmi přísnými prověrkami. Všechny přednášky byly utajené, studenti dostávali zvláštní sešity pro zápisky. Od roku 1951 žije a pracuje v Obninsku, který se z bezejmenné vesničky pro 50 vědců rozrostl do dnešního stotisícového města.

 

 


Co si profesor Tošinskyj myslí o riziku jaderných technologií

· Jaderné technologie nejsou ani zdaleka to nejrizikovější. Nejvíc nebezpečný je lidský strach.

 

· Souhlasím s názorem řady odborníků, že škody způsobené příliš přísnými normativy jsou větší, než všechny škody způsobené radiací samou. Je to někdy až směsné. Například u nás jsou přípustné dávkové příkony na jaderných elektrárnách jen o něco málo nižší, než průměrné přírodní pozadí. Přitom například v Mexiku a Brazílii jsou místa a obce, kde je stokrát silnější přírodní pozadí, lidé tam žijí a na nic si nestěžují. Mnoho lidí ve vysokých horských oblastech, kde je velmi intenzivní kosmické záření, se dožívá dosti úctyhodného věku. Takže jde o naprosté plýtvání.

· Určit vliv menších dávek radiace na lidské zdraví je obtížné. Výzkumy ukazují, že v malých dávkách je taková radiace dokonce zdraví prospěšná. Četl jsem studii vědců, kteří zkoumali zdravotní stav dvou skupin myší: jednu ubytovali do prostředí zcela ochráněného od vnějšího záření, dokonce jim tam odstraňovali ze vzduchu radon. Druhá žila v úplně obyčejné místnosti. Myši v prostředí bez radiace byly častěji nemocné a dříve umíraly. Podle autorů studie malé dávky radiace trénují imunitu. Organismus není hloupý a škody způsobené zářením dokáže do určité míry opravovat. Proto všechny teorie „bezprahového působení“, podle kterých je ionizující záření nebezpečné v libovolně malých dávkách, jsou úplně nesmyslné. Svět kolem nás je plný záření, například kosmického, a člověk se mu velmi dobře přizpůsobil.

Zdroj

Plné znění na: http://atominfo.cz/2013/05/georgij-tosinskij-autor-nejrychlejsich-jadernych-ponorek-na-svete-a-maleho-reaktoru-svbr-100-budoucnost

 

(red)
Poslat odkaz na článek

Opište prosím text z obrázku

Nejnovější články

Měsíc je možná víc rozpukaný, než si myslíme

Víte, že je Měsíc rozpraskaný? Nová analýza jeho povrchu a počítačové simulace odhalují, že je mnohem rozpukanější, než by si kdo myslel. Měsíc se vytvořil před 4,3 miliardami let, a po celou dobu jizvily jeho tvář dopady asteroidů.

Co udělat, aby letecká doprava neznečišťovala ovzduší

Věřili byste, že se v každém okamžiku nachází ve výšce 10 km nad zemí  více než půl milionu lidí? Ano, tak hustá je letecká doprava. Odhaduje se, že se stává největším zdrojem emisí CO2. Lidé se cestování letadly už nevzdají, mimo jiné i kvůli stále levnějším letenkám.

TajMahal - kyberšpionážní skupina neznámého původu

Odborníci společnosti Kaspersky Lab odhalili na konci roku 2018 technicky velmi vyspělou kyberšpionážní skupinu, která je aktivní už od roku 2013 a odborníci ji nazvali TajMahal. Dostupná data nepoukazují na žádnou známou hackerskou skupinu, na kterou by byla napojená.

Umělá krev a zvířecí orgány pro lidi

Transfúze krve zachraňuje životy. Ale její nabídka se ne vždy rovná její potřebě. Transfúze jsou v současné době závislé na velkém počtu dárců a složité organizaci sběru a skladování darované krve.

Houba, která nahradí chemická hnojiva

Představte si neviditelného spojence zemědělců a pěstitelů, díky kterému jejich rostliny získají z půdy více živin. Nejedná se přitom o žádné chemické hnojivo, ale o organismy, které rostlinám pomáhají už miliony let. Jsou to houby a procesu se říká mykorhiza.

Nejnovější video

Bez jaderné energie se ve vesmíru daleko nedostaneme

Krátké výstižné video z dílny Mezinárodní agentury pro atomovou energii ve Vídni ukazuje využití jaderné energie a jaderných technologií při výzkumu vesmíru. Ne každý ví, že jádro pohání vesmírné sondy už po desetiletí. Zopakujme si to. (Film je v angličtině.)

close
detail