Chemie na jaderné elektrárně - co tam proboha dělá?

co tam proboha dělá? S otázkami podobného typu se setkávám poměrně dlouho a nezdá se, že by jich ubývalo. Rozhodl jsem se proto, že se pokusím osvětlit, co vlastně chemie na jaderné elektrárně pohledává, jakou má roli a v čem je užitečná.

Všechno vězí v použití vody. Voda v primárním okruhu elektrárny pracuje jako přenašeč energie, v sekundárním okruhu točí turbínou a v chladicích okruzích odvádí odpadní teplo. Voda je zvláštní tekutina. Díky tvaru své molekuly má značně atypické chování. Rozpustí kde co, je to médium, které je nesmírně „životafilní“ a má dobré termodynamické vlastnosti. Z toho plynou pro jadernou elektrárnu jisté výhody – voda je schopna převést značné množství tepla, je levná, není nebezpečná pro životní prostředí a slouží i jako zpomalovač neutronů, nutných pro štěpení uranu. Má ovšem i své nevýhody – nelze ji použít nad teplotu 374 °C, kdy již neexistuje v kapalné formě. Je korozně agresivní a každé zařízení se v ní rozpouští, některé velmi rychle. A jakmile vzniknou při jejím používání jen trochu příznivé podmínky pro existenci života, můžeme si být jisti, že se tam život objeví a zkomplikuje nám život náš.

CO TEDY CHEMICI NA JADERCE DĚLAJÍ?
Upravují vodu tak, aby její vlastnosti v různých technologických systémech byly v souladu s materiály použitými pro konstrukci zařízení. Zařízení nesmí zreznout dříve, než doslouží. Dá se říci, že chemický režim pracovních médií výrazně spolurozhoduje o životnosti elektrárny a ve velké míře i o nákladech na její údržbu.
 Chemici řídí složení pracovních roztoků tak, aby jejich úprava a používání neprodukovala mnoho odpadů, zejména radioaktivních.
 Protože v primárním okruhu voda proudí aktivní zónou, místem o extrémní radiaci, a protože je vynikajícím rozpouštědlem, může sem transportovat i rozpuštěné mikronečistoty, které se v aktivní zóně mohou přeměnit na velmi „nepříjemné“ radionuklidy. Ty pak způsobují omezení zejména při údržbě zařízení. Cílem chemiků je proto zajistit maximální čistotu vody v primárním okruhu a nepřipustit sebemenší znečištění vody.
 Chemie na JE má i významnou diagnostickou úlohu. V elektrárně existuje mnoho rozhraní, bariér, tepelných výměníků, jejichž absolutní těsnost je nutná. Zde je chemie jedinečná v tom, že může odhalit již velmi malé netěsnosti na základě chemických a radiochemických rozborů médií na obou stranách monitorované bariery. Vybere si to, co je na jedné straně hojné, ale nesmí být na druhé straně bariéry, a pak již jen sleduje, zda se tento indikátor objeví tam, kde být nemá.
 Proudí-li kapalné médium zařízením, stává se nosičem informace o stavu tohoto zařízení. Například v sobě nese více či méně korozních zplodin. Měřením koncentrace a složení těchto zplodin hodnotíme průběh koroze zařízení. U velkých elektrických transformátorů se ve složení jejich pracovní náplně objevuje informace o stavu celého zařízení. U točivých strojů mazaných olejem je možno na základě analýzy olejů určit stav třecí plochy a můžeme s velkým předstihem stanovit, jestli stroj už není na cestě k zadření.
 Chemie má také co do činění s účinností elektrárny. Špatné složení chladicí vody může způsobit zarůstání výměníků tepla různými organismy. Jsou známy problémy s bakteriemi, řasami ale i s vyššími organismy, jako jsou například šneci, kteří ucpou chladicí okruh a odstaví tak elektrárnu z provozu. Snažíme se tedy o to, aby voda svým základním složením nepodporovala růst organismů.

JAKÉ MÁME NÁSTROJE PRO NAŠI PRÁCI?
Podíváme-li se na technologii jaderné elektrárny podrobněji, zjistíme, že jde v podstatě o úpravnu vody. Vyrábíme demineralizovanou vodu, blízkou chemicky čisté vodě. Ta se doplňuje do systémů JE, ve kterých se dále upravuje dávkováním korekčních chemikálií, případně se přečišťuje. Použitá voda se vrací do technologie, případně se vypouští do řeky někdy daleko čistší, než když byla ještě vodou říční. Přímo chemickou továrnou je technologie zpracování radioaktivních odpadů. K chemii vody zde přistupuje i chemie cementu, bitumenu, technologie srážení, odstřeďování a dokonce mohou být používány i sklářské technologie.
 Abychom mohli řídit provoz technologií JE, zajišťovat požadovanou kvalitu výpustí elektrárny do životního prostředí, mít pod kontrolou radiační situaci, korozi a degradaci zařízení, potřebujeme mít k dispozici analytickou chemii včetně automatického technologického měření jakosti provozních médií. Laboratoř JE se zabývá zejména analýzou vody, stopovou analýzou, gamaspektrometrickou analýzou atd. Má specifikum v tom, že musí zpracovávat radioaktivní vzorky, vzorky plynů, pevných látek, kapalin včetně ropných produktů, zabývá se i speciálními biologickými rozbory.

PÁR STŘÍPKŮ DO MOZAIKY
Chladicí okruh JE Temelín coby čistírna odpadních vod – Každého upoutá pohled na chladicí věže elektrárny. Co se ale děje uvnitř? Věže slouží ke chlazení vody z kondenzátorů turbín. Mimoto se tam ale dějí i jiné věci: věž je ve spodní části doslova napěchována plastovými výplněmi, které zajišťují rovnoměrné rozdělení proudu vody po průřezu věže. Na površích těchto výplní se po nějaké době provozu vytvoří biologická blána, která funguje jako biologický filtr. Odbourávají se organické nečistoty, probíhá likvidace amoniaku. A tak vracíme do Vltavy méně organických nečistot, než jsme z ní odebrali.
Producent exotických řas – Na temelínské elektrárně jsou k dispozici chladicí bazény, chladící tzv. technickou vodu. Jde o otevřené vodní nádrže, obsahující vždy teplou vodou. V nich se provádí korekce chemického režimu dávkováním inhibitorů koroze a dalších činidel. Po uvedení elektrárny do provozu se však v těchto bazénech objevily v poměrně velkém množství zelené organismy. Ukázalo se, že jde exotický organismus – řasu, objevenou teprve nedávno v rybnících u Paříže. Její zvláštnost spočívá v tom, že obsahuje kapičku oleje, která ji udržuje u hladiny vody, na slunci. Podle jedné teorie stál tento typ řas u zrodu ropných ložisek. Zrodil se problém biologicko-technologicko-chemický a my se snažíme odpovědět na otázku, zda je řasa trachydiskus naším nepřítelem, kterého je nutno hubit, či naším spojencem potlačujícím korozi.
Jak se ve vodě rozpouštějí nerezové oceli – Co se dostane do aktivní zóny reaktoru a co má schopnost se aktivovat na radioaktivní nuklid, to se tam aktivuje. Tak vznikají v primárním okruhu JE tzv. aktivované korozní produkty, které jsou hlavním problémem radiační ochrany při odstávkách. Jde o aktivované atomy z konstrukčních materiálů primárního okruhu. Nerezová ocel se po atomech rozpouští a rozpuštěné atomy pak na jiném místě s jinou teplotou vykrystalizují. Abychom tento proces poznali, musíme být schopni tato stopová množství analyzovat.
Kouzlo titanu – V tomto téměř historickém příběhu chemie velmi efektivně zasáhla do projektu JE, když přispěla k rozhodnutí, že kondenzátory turbín byly vybaveny titanovými trubkami. Jako kouzlem bylo najednou možné úplně změnit koncepci chemického režimu sekundárního okruhu. Umožnilo to zvýšit alkalitu vody tak, že strach z erozní koroze okruhu zcela zmizel. Čistota vody okruhu se řádově zlepšila, životnost konstrukcí parovodů se nyní odhaduje na stovky let a parogenerátory jsou čisté jak pračka v reklamě.