Jaderná fyzika a energetika

Článků v rubrice: 339

Proč jaderné palivo v reaktoru nikdy zcela nevyhoří

Z paliv bezprostředně použitelných pro udržení řetězové štěpné reakce v jaderných reaktorech se v přírodě v podstatě vyskytuje pouze izotop uranu 235. Jeho zastoupení v přírodní směsi izotopů uranu je 0,7 %, zbytek tvoří 238U a nepatrně 234U. Při výrobě paliva se uran obohacuje o izotop 235U, pro lehkovodní reaktory (jako je např. Dukovanský a Temelínský) se používá nízkoobohacený (okolo 4 %). Bez obohacení (navýšení množství 235U) by v lehkovodních reaktorech k štěpné reakci nedošlo. V některých typech reaktorů, které jsou chlazeny a moderovány materiály s nízkou schopností pohlcovat neutrony (těžká voda, grafit) lze použít přírodní neobohacený uran.

Fotogalerie (3)
Bazén použitého paliva v přepracovacím závodu

Při štěpení vznikají z jádra 235U jádra jiných prvků – barya, cesia, xenonu a mnoha dalších. Tím se samozřejmě mění prostředí vhodné pro úspěšné štěpení. Neutrony, které z jádra vyletí mohou buď štěpit dál, nebo zaniknou tím, že je pohltí jiné jádro. Jak 235U ubývá, přibývá jiných jader nevhodných ke štěpení, mění se poměr izotopů uranu ve prospěch 238U, který se pomalými neutrony neštěpí a reakce se postupně zastaví. Tento proces je ekonomický jen do určitého stupně vyhoření. Vzniklé štěpné produkty nelze přitom z paliva odstraňovat – palivové tabletky jsou hermeticky uzavřené v tyčích s povlaky ze zirkoniové slitiny a nerez oceli. Povlaky palivových proutků vydrží tlaky desítek MPa a teploty více než tisíc stupňů.

1000 MW = 30 tun použitého paliva
Jeden tlakovodní reaktor s výkonem 1000 MW zanechá po ročním provozu cca 30 tun použitého paliva, což je objem asi 1,5 m krychlového (uvažte, že uran je velmi těžký prvek, těžší než olovo). Ve středu reaktoru je „vyhoření“ nejvyšší, neboť jsou zde nejvyšší neutronové toky, u stěn reaktoru menší. Při výměně paliva se tedy vyjímá jen palivo od středu; palivo z krajů se stěhuje doprostřed, na kraj se dává čerstvé. Jeden palivový článek „pracuje“ v reaktoru cca 4 roky.

Je-li na každých 1000 kg čerstvého paliva 967 kg 238U a 33 kg 235U, pak palivo vyňaté z reaktoru obsahuje 943 kg 238U, 8 kg 235U, 35 kg štěpných produktů, 8,9 kg různých izotopů plutonia (z tlakovodních reaktorů není toto izotopové složení příliš vhodné na výrobu jaderných zbraní), 4,6 kg 236U, 0,5 kg neptunia 236. Ve vyhořelém palivu už štěpení neprobíhá. Nemůže – řekli jsme si, že vznikly prvky, které neutronům v dalším štěpení zabrání. Probíhá jen radioaktivní rozpad štěpných produktů a transuranů.

Přepracování je stále ještě velmi drahé, aktuální je ADTT
Je však pravda, že obsahuje ještě hodně nespotřebovaného uranu. Některé bohatší státy proto volí cestu přepracování použitého paliva na čerstvé. Je to proces velmi nákladný a při současných nízkých cenách uranu není až tak nutný. Přepracovává např. Francie, Anglie, USA, Japonsko, Rusko.

S nástupem nových generací jaderných reaktorů se rýsuje ještě jiná velmi zajímavá možnost – zpracování použitého paliva v podobě roztavených solí, jeho „rozstřelování“ neutrony v reaktorech typu ADTT, které využívají tzv. tříštivou reakci a umí doslova rozstřílet použité radioaktivní palivo na stabilní nebo krátkožijící prvky. Odstranil by se tak problém s vysoce aktivním jaderným odpadem a získala by se další energie. (O těchto projektech, na jejichž výzkumu se podílí i český Ústav jaderného výzkumu v Řeži, jsme zde psali, např. v  http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-energetika/625-proc-je-radioaktivni (prosinec 2001) nebo v http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-energetika/595-kam-s-nim (prosinec 2005) nebo v http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-energetika/558-hybridni-jaderny-reaktor

Marie Dufková
Poslat odkaz na článek

Opište prosím text z obrázku

Nejnovější články

Naše první slova

Původ řeči je jednou z největších záhad lidstva. „Na začátku bylo slovo...“ praví Bible. Ale jaké? Minimálně od biblických časů jsme se snažili rozluštit původ lidské řeči. Je to konec konců jedna z charakteristik, která nás odlišuje od jiných živočichů.

Černá smrt gumy a jak jí čelit

Guma je jedním z neopěvovaných velkých hrdinů průmyslové revoluce. Kromě jejích obvyklých aplikací, jako jsou pneumatiky, kondomy, elastické spodní prádlo, apod., představuje základní složku asi ve 40 000 výrobcích, včetně absorbérů nárazu, hadic, lékařských nástrojů, těsnění, atd.

Z historie i současnosti vynálezů a jejich ochrany

Vynálezy a objevy často přicházejí na svět klikatými cestičkami. Jednou to vypadá, jako by se na ně čekalo tak netrpělivě, že se zrodí hned v několika hlavách v různých koutech světa, jindy je náhodou nebo omylem objeveno něco, s čím si nikdo neví rady.

Jak vyčíslit ekonomické přínosy jádra? A co na to evropský jaderný průmysl?

Společnost Deloitte vypracovala pro Euratom studii o přínosech jaderné energetiky v roce 2019 a 2050. V současné době je v provozu ve 14 zemích EU 126 komerčních reaktorů o výkonu 118 GWe. Do roku 2050 by měl jejich výkon stoupnout na 150 GWe, budou se ale muset snížit investiční náklady.

Astronauti se pořád ptali: Jak se daří myškám?

Myši, švábi, japonské křepelky, ryby, škeble, rostliny.... ti všichni měli možnost ochutnat Měsíc! Po návratu Apolla 11, od jehož mise letos uplynulo 50 let, putovalo množství vzácných vzorků měsíční horniny do laboratoří.

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