Andrej Žiarovský v podcaste VUJE #5 odkrýva širokej verejnosti nepoznanú históriu jadra. Čo mala kráľovná Alžbeta II. spoločné s jadrovou energiou?

Vývoj jadrových reaktorov prešiel od roku 1942 rôznymi fázami: cez hľadanie nových riešení, technologických inovácií, spôsobov odvodu tepla a vhodných moderátorov.  Spolu s tým šlo  postupné zvyšovanie výkonu a zásadné zdokonalenie bezpečnostných systémov.

„Prvý jadrový reaktor na svete Chicago Pile-1 spustili v rámci tajného amerického atómového projektu Manhattan v decembri 1942 vedci pod vedením Enrica Fermiho. Súčasťou tímu obsluhujúceho reaktor bola aj tzv. ‚partia samovrahov‘,“ hovorí v novom energetickom podcaste Andrej Žiarovský, riaditeľ pre strategický rozvoj a medzinárodné projekty VUJE, a. s.

 

Ich úlohou bolo pomocou lana, sekery a nádoby s kadmiovou soľou zastaviť štiepnu reakciu v prípade, ak by hrozilo, že sa táto vymkne spod kontroly.

„Našťastie to však nebolo potrebné. Prelomový experiment potvrdil, že štiepna reakcia sa dá riadiť a grafitový reaktor postavený pod tribúnami pôvodného staggfieldského štadióna univerzity v Chicagu úspešne  dosiahol  výkon až 200 W,“ potvrdzuje Andrej Žiarovský úspešnosť myšlienky.

Nikto vtedy ale netušil, že v Los Alamos pôsobí celá skupina sovietskych špiónov. Talentovaný fyzik Klaus Fuchs odovzdal tajné americké jadrové informácie sovietskej spravodajskej službe. Aj vďaka tomu sa sovietskym vedcom už v roku 1946 podarilo skonštruovať experimentálny reaktor F-1, komentuje udalosti odohrávajúce sa na prahu studenej vojny.

Jadrové reaktory stáli v tomto období v centre záujmu veľmocí, predovšetkým kvôli produkcii izotopu plutóniaPu239 nevyhnutného do jadrových zbraní.

Fermiho ďalší reaktor, EBR-1 z roku 1951, ako prvý na svete vyprodukoval elektrinu, ktorá dokázala rozsvietiť štyri 200 W žiarovky.

Jadrové technológie od druhej polovice 50. rokov až do prvej polovice 60. rokov minulého storočia zaznamenávali obrovský boom. Dôkazom bol aj sovietsky 5 MW reaktor AM-1 Nikolaja Doležala z roku 1954, ktorého názov znamenal v preklade atóm a mier a bol prvým reaktorom pripojeným do elektrizačnej siete.

Veľmi inovatívne riešenie predstavoval aj britský reaktor Magnox s výkonom 60 MWe, chladený oxidom uhličitým. Calder Hall so 4 reaktormi tohto typu,  ktorý slávnostne spustilo Jej Veličenstvo Alžbeta II., bola prvou britskou jadrovou elektrárňou.

Výroba energie v týchto prvých reaktoroch ale bola v skutočnosti len vedľajším produktom. Hlavným cieľom bola produkcia zbrojného plutónia Pu239.

„Pre nás je veľmi dôležité, že ani vtedajšie Československo v zavádzaní technológií nezaostávalo za svetom. Na konci päťdesiatych rokov sa v Jaslovských Bohuniciach začal stavať jadrový reaktor KS-150. Išlo o unikátny reaktor chladený oxidom uhličitým, kde moderátorom bola tzv. ťažká voda,“ opisuje túto éru Andrej Žiarovský.

Na prvých reaktoroch sa obslužný personál učil ako zaobchádzať s novým zdrojom energie. Aj to je jeden z dôvodov, prečo sa im, žiaľ, nevyhýbali nehody.

Popri námorníctve aj americká armáda chcela mať vlastné jadrové reaktory - mali byť určené na zásobovanie odlúčených radarových staníc elektrinou a teplom. Tak vznikol malý experimentálny reaktor SL-1. Problémom bolo, že v tomto reaktore sa štiepna reakcia dala spustiť jedinou regulačnou tyčou. To sa v roku 1961 stalo osudným trom vojakom. „Jeden z nich pri údržbe regulačnú tyč omylom vytiahol miesto predpísaných 10 cm až na extrémnych 60 cm. To spôsobilo nechcené spustenie štiepnej reakcie a výkon reaktora v priebehu necelej sekundy vyletel až na 60 GW. Dôsledkom bola explozívna premena chladiacej vody na paru.“

Prvá elektráreň určená výhradne len na výrobu elektrickej energie bola postavená v roku 1957 v americkom Shippingporte. Reaktor elektrárne bol odvodený od reaktoru lietadlovej lode Enterprise a považuje sa za prvý tlakovodný reaktor na svete.

Reaktor Shippingport, spolu s tzv. varným reaktorom v elektrárni Dresden, kanadským ťažkovodný reaktorom CANDU, a už spomínaným britským reaktorom Magnox patria do tzv. 1. generácie jadrových reaktorov.

 

Prelom päťdesiatych a šesťdesiatych rokov je vo využívaní jadrovej energie obdobím hľadania. A nielen v energetike. V Sovietskom zväze dokonca  skúšali hĺbiť jadrovými výbuchmi plavebné kanály. Američania zase vyvíjali jadrový raketový motor či tank na jadrový pohon. Ustálenie používaných jadrových technológií prišlo v druhej polovici 60. rokov.

„Technickým vývojom, zapracovávaním získaných skúseností, precizáciou postupov a zdokonaľovaním bezpečnosti prišli na svet jadrové reaktory 2. generácie,“ vysvetľuje Andrej Žiarovský. Patria sem napríklad francúzske reaktory N-4 vyvinuté na základe odkúpenej americkej technológie  Westinghouse, reaktory AP-600 od toho istého výrobcu, a tiež nemecké pokročilé reaktory Konvoi, ktoré boli nedávno v Nemecku definitívne odstavené. U nás to boli sovietske reaktory typu VVER 440, spočiatku typu V-230 v jadrovej elektrárni Jaslovské Bohunice V1, ktorá bola prvýkrát pripojená k sieti v roku 1978.

 

Napriek tomu, že v druhej polovici 90-tych rokov elektráreň EBO V1 prešla modernizáciou a významným zlepšením bezpečnostných systémov, pri vstupe Slovenska do Európskej únie, pod tlakom  najmä Rakúska a Dánska, sme boli v roku 2006 a 2008 nútení oba reaktory odstaviť. „V súčasnosti máme v prevádzke vylepšené reaktory typu V-213, ktoré plne dosahujú medzinárodné bezpečnostné štandardy.

Za zmienku stojí skutočnosť, že náš simulátor z odstavených blokov elektrárne V1 slúži dodnes na výcvik personálu v arménskej jadrovej elektrárni Metsamor.

 

Tragické udalosti, akou bola havária v Černobyle v roku 1986 alebo katastrofa v jadrovej elektrárni vo Fukušime (2011), priniesli následne vznik novej 3. generácie jadrových reaktorov a ďalším zdokonaľovaním vznikli reaktory tzv. generácie 3+. Zvláštne postavenie má ruský reaktor VVER-1000, nachádzajúci sa napríklad v juhočeskom Temelíne, ktorý môžeme identifikovať na pomedzí 2. a 3. generácie.

Systémy riadenia reaktorov generácie 3+ sú založené na pasívnych bezpečnostných prvkoch a prirodzených spätných väzbách, ktoré vedia zabezpečiť odstavenie reaktora bez prispenia vonkajších zdrojov energie. Reaktory tejto generácie majú minimalizovaný počet čerpadiel, ventilov a pohyblivých častí a rovnako aj špeciálny kontajnment zabraňujúci úniku rádioaktívnych látok do okolia.

„Zemetrasenie vo Fukušime zabilo až 16 000 ľudí, na radiáciu však nezomrel pri tejto živelnej katastrofe nikto. Napriek tomu tu hovoríme o memente, dôsledkom ktorého sa stalo  tzv. seizmické zodolňovanie jadrových elektrární,“ komentuje túto historickú kapitolu Andrej Žiarovský.

Príslušnou zmenou projektovej dokumentácie prešli okrem reaktorov v prevádzke aj v súčasnosti dokončované reaktory Mochovce 3 a 4.

 

Ako sa zdokonaľovali jadrové technológie, rástol aj výkon elektrární. Z približne  60 MWe elektrární prvej generácie sme v súčasnosti na výkonoch výrazne presahujúcich  1000 MWe v moderných elektrárňach generácie 3+.

Viac než 60 % všetkých reaktorov postavených vo svete je tlakovodného typu. Západné technológie tento typ nazývajú PWR (Pressurized Water Reaktor). Reaktory, ktoré vznikli v Sovietskom zväze, resp. v Rusku, sa označujú ako VVER (vodo-voďannyj energetičeskij reaktor).  Obidva prístupy využívajú ten istý technologický koncept, ale líšia sa napríklad v tvare palivových súborov alebo v rozľahlosti zastavanej plochy.

Dnes už prichádza na scénu ďalšia generácia jadrových reaktorov. Jednou z možností sú v súčasnosti diskutované malé modulárne reaktory  s výkonom do 300 MWe, ktoré umožnia dodávať do siete nielen základný výkon (tzv. base load), ale aj regulačný výkon, ktorým sa elektrizačná sústava vyvažuje. Výstavba veľkej jadrovej elektrárne trvá pomerne dlho, pretože veľká elektráreň sa musí vždy budovať na mieru danej lokality, čo výrazne predlžuje výstavbu. Jednou z výhod malých modulárnych reaktorov má byť, že budú typizované, bez nutnosti prispôsobovania lokálnej infraštruktúry či ďalších vynútených investícií.

„Technologický vývoj sa však neobmedzuje len na malé modulárne reaktory. Perspektívnymi smermi vývoja sú reaktory využívajúce tekuté fluoridové soli, reaktory chladené tekutými kovmi alebo tzv. rýchle množivé reaktory chladené sodíkom. Na vývoji nových jadrových technológií participujú  aj slovenské spoločnosti ako napríklad VUJE, a. s., ktoré sa podieľa na vývoji vysokoteplotného reaktora chladeného héliom,“ objasňuje expert na energetiku Andrej Žiarovský a dodáva, že Slovensku a slovenskej vede veľmi chýba výskumný reaktor, ktorý by mohol byť výzvou pre novú vládu v rámci programu podpory vedy a výskumu.

 Krajinou s najväčším podielom energie vyrobenej z jadra je v súčasnosti Francúzsko vyrábajúce z jadra približne 70% elektriny. „Predpokladám ale, že keď  u nás uvedieme do prevádzky reaktor Mochovce 4, práve Slovensko sa stane krajinou s najväčším podielom jadrovej energie na výrobe elektriny na svete,“ dopĺňa Andrej Žiarovský.

 

Celý podcast o histórii vývoja jadrových reaktorov a elektrárni ako aj príbehov jadra v jednotlivých krajinách a veľmociach si môžete vypočuť aj na Spotify a Google Podcast v rubrike Jadrová energetika alebo YouTube kanáli spoločnosti VUJE, a. s.

YouTube VUJE: https://www.youtube.com/watch?v=R9rMg_KJFXM
Spotify: https://open.spotify.com/episode/0LGrEh15Xn0DCEtxwcUQT4?si=c8483ab02f5d4fbc