|
Štěpením jader U235 se uvolňuje obrovská energie, která se v reaktoru přeměňuje
na teplo. Reaktor modernizovaného dukovanského bloku vyvine tepelný výkon 1444
MWt. Z tepla se pak vyrábí elektřina v turbogenerátorech. Elektrický výkon je
470 až 500 MWe (záleží na teplotě chladící vody, která se mění s ročním
obdobím). Za celou sezónu dodají čtyři bloky Dukovan do sítě 14 až 15 TWh.
Přitom množství použitého paliva, které se ve všech čtyřech reaktorech vymění,
by se vešlo na traktorovou vlečku (necelé dva kubické metry). Porovnejme to se spalováním uhlí v kotli a
spalováním nafty v traktoru.
Předpokládejme, že by měl kotel i traktor vyrobit stejně energie za rok jako
jeden atomový reaktor v Dukovanech (3,5 TWh). Kolik by bylo potřeba kubíků
paliva?
Takže kdyby 10.000 traktorů pracovalo rok, tak sice nahradí
energii jednoho reaktoru, ale zároveň by pro ně muselo cca 100.000 cisteren
dovézt naftu (každá 8m3). To je kolona dlouhá 1.000 km. Výfuky traktorů by ale
navíc vypustily obrovská mračna kysličníku uhličitého, oxidů síry a dusíku.
Kotel klasické uhelné elektrárny by nahradil energii jednoho
reaktoru spálením 1.200.000 tun uhlí. To je 120 vlaků po 100 vagónech! Spálením
uhlí se vypustí plynné zplodiny jako u nafty, ale navíc vznikne ještě cca
200.000
m3 popela, který se odplavuje vodou do obrovských kalových
jezer. Popel obsahuje kromě rtuti a dalších těžkých kovů také uran. Dokonce
existují úvahy, že by se z kališť mohl uran jednou těžit. Například rakouská
největší uhelná elektrárna Durnrohr (dva bloky po 400 MWe) spálí ročně 2.000.000
tun uhlí a tím dodá do životního prostředí 2.000 tun uranu.
A co zbude z použitého uranového paliva z jaderného reaktoru?
Z původních 8 tun uranu jej zůstává stále ještě 7,5 tuny, dále
4 kg
neptunia, 70
kg plutonia a 280 kg ostatních produktů štěpení. Část
hmoty se ovšem „ztratila“, protože se přeměnila na energii.
Z porovnání jasně vyplývá, že jaderný reaktor je na spolykané
objemy paliva suverénně nejstřídmější. Za rok stačí jednorázově vyměnit 70
uranových tyčí, kdežto do útrob spalovacích zařízení tečou téměř
nepředstavitelné objemy fosilních zdrojů.
Veverka představuje tlakovodní
reaktor VVER, který produkuje záření.
Traktor symbolizuje spalování fosilních
zdrojů energie, jež způsobuje znečištění životního prostředí.
Porovnáním obou se článek zabývá.
KDO JE
NEJSILNÉJŠÍ?
Jeden dukovanský blok již prošel vylepšením, které zvýšilo
jeho výkon na 500 MW, a další tři bloky se na vylepšení chystají. V roce 2013 už
Dukovany vyrobí 16TWh, což je o 1TWh více než dají oba bloky Temelína s výkonem
2 x 1000 MW. Dukovany jsou šikovnější, protože nepotřebují tak dlouhé odstávky
pro výměnu paliva, jako má Temelín.
Největší
uhelný blok 1300 MWe byl uveden do provozu v roce 1990 v Zimmer Power Station,
Cincinnati, OHIO, USA
V současné
době je největším pracujícím jaderným reaktorem ABWR 1350 MW v elektrárně
Kashiwazaki-Kariwa v Japonsku. V dohledné době jej svým výkonem 1600 MW předčí
tlakovodní reaktor EPR1600, jehož výstavbu finišuje evropská firma Areva ve
Finském Olkiluoto (spouštění se plánuje na rok 2013).
PŘEDČÍ ČERNOBYLSKÝ KANÁLOVNÍK DUKOVANSKOU
VVEVERKU?
Černobylský reaktor je úplně
jiným typem, než máme v ČR. Reaktor Bolšoj Močnosti Kanalnyj (RBMK) se liší od
našich tlakovodních reaktorů hlavně použitím grafitu jako moderátoru a tím, že
v RBMK nechávají vodu vařit v palivových chladících kanálech. A od toho se pak
odvíjí konstrukce aktivní zóny a celého reaktoru. Zatímco v Dukovanech máme
poctivou ocelovou nádobu, se čtyřnásobným těsněním a s víkem jištěným dvěma
řadami gigantických svorníků, tak v Černobylu vystačili s jakýmsi betonovým
silem, jež je přikryto tlustým a těžkým betonovým víkem. Havarijní tyče našich
tlakovodních reaktorů padají do nerezového koše aktivní zóny vlastní vahou,
takže v případě ztráty napětí se reaktor odstaví sám. RBMK má tyče nuceně
zasouvané zespodu do grafitových kanálů, což je z pohledu bezpečnosti jasná
nevýhoda. Při přehřátí se totiž použitý grafit deformuje a to může způsobit
těžkosti při jejich zasouvání.
Působením neutronového pole jsou
atomy grafitu přemístěny ze svých původních poloh v krystalové mřížce (neutrony
je vyrážejí) do nepřirozených poloh, vznikají poruchy mřížky - vakance a
intersticiály. Tento efekt vlastně způsobuje nechtěnou akumulaci napětí
v grafitu (Wignerova energie). Z toho vplývá riziko, že při zahřátí grafitových
cihel, dojde k hromadnému naskákání atomů do původních poloh, čímž se dlouhodobě
akumulovaná energie naráz uvolní. To vyvolá druhotné zahřátí, deformaci a
přiblížení k bodu vzplanutí. Tohle proběhlo právě v Černobylu.
RBMK má výkon 1000 MW, stejně
jako temelínská VVER1000 a je tedy větší než dukovanský VVER440. Z pohledu
konstrukce a bezpečnostních vlastností vede ale dukovanská i temelínská „VVERka“
před černobylským „Kanálovníkem“ s velkým náskokem!
CO ZPŮSOBILO VÝBUCHY
V ČERNOBYLU
Posádka potřebovala udržet
skomírající štěpnou reakci na výkonu, který umožní provedení testu elektrického
generátoru. Použitím korektního způsobu vytahování regulačních tyčí se jim to
však nedařilo. Operátoři chtěli test ukončit. Manažeři na velíně s tím ale
nebyli spokojeni a donutily operátora reaktoru k dalšímu vytahování tyčí, a to
za cenu vyřazení ochranných automatik a porušení předpisů. Nakonec se jim
podařilo přece jen docílit zvyšování výkonu, avšak z pohledu jaderné fyziky to
provedli bezprecedentně nebezpečným způsobem. Porušili největší tabu jaderné
energetiky, kterým je absolutní zákaz přiblížení se ke „kritičnosti na
okamžitých neutronech“, jež tvoří hranici mezi mírovým a vojenským využíváním
jádra, tj. mezi energetickým jaderným reaktorem a jadernou bombou. Aniž by si to
uvědomovali, vyvolali tak silnou lavinu štěpení, že násobení intenzity
neutronového pole již nešlo zastavit. K jaderné explozi sice nedošlo, ale nárůst
výkonu a teploty byl příliš vysoký a v grafitu se uvolnila Wignerova energie,
která napomohla jeho přehřátí a deformaci. Zpětné zasunutí havarijních tyčí do
zdeformovaných kanálů se již nepodařilo. Voda, která má odvádět teplo ven
z reaktoru se vypařila v celém objemu, zvýšil se tlak a došlo k nadzvednutí
betonového víka a parní explozi (to byl první výbuch). Vysoké přehřátí vodní
páry vyvolalo její rozklad na kyslík a vodík, vznikla tedy silně třeskavá směs a
ta způsobila druhý výbuch. Došlo k rozmetání vnitřní stavby reaktoru, včetně
paliva, uloženého v chladících kanálech. Grafit začal hořet a vytvořený kouřový
sloup s sebou unášel radioaktivní produkty štěpení z reaktoru, přes zničený
strop reaktorovny. Vytvořila se radioaktivní mračna, která unášena větrem,
rozsypávala kontaminaci.
ČERNOBYLSKÁ HAVÁRIE V DUKOVANECH NEHROZÍ
ANI NÁHODOU!
Technicky si představit podobný
scénář v Dukovanech nelze! V tlakovodním reaktoru není žádný hořlavý materiál.
Moderátorem je voda, která je pod neustálým tlakem, což zabraňuje varu. Vnitřní
stavba je z nerez oceli a dalších tepelně odolných materiálů. Navíc zde silně
působí zpětná vazba od teploty. Když zahříváme vodu, tak se roztahuje. To
znamená, že se jí při zvýšené teplotě
do reaktoru vejde méně. Méně molekul vody znamená méně srážek s neutrony, takže
je menší zpomalení neutronů. No, a protože málo zpomalené neutrony neumějí dobře
štěpit, tak se při zvyšování výkonu (teploty) štěpení samo zastavuje. To je
velmi podstatný efekt, jenž vylepšuje řiditelnost reaktoru a tím i jeho
bezpečnost.
V DUKOVANECH REAKTORU VYKÁME, POMÁHÁJÍ NÁM
JITKY A ZZZZ
Reaktoru se v Dukovanech zásadně
Vyká! To znamená, že operátor, vždy pociťuje náležitý respekt k obrovské
koncentraci energie, kterou ovládá. Ještě než posádka uchopí ovládací klíče, tak
se připraví speciální procedurou. Prostuduje tzv. JIT (Just In Time postupy), které je seznámí
s chybami, které někdy někdo v minulosti udělal při podobné činnosti. „JITky“
nám pomáhají učit se z chyb druhých. Další procedurou je ZZZZ postup. Zastav se, Zamysli se, Zrealizuj a Zkontroluj. Tyto čtyři kroky musí
obsahovat každá činnost operátora.
ZÁVĚR
Elektřina je zboží jako každé
jiné a její výroba vždy zanechá nějakou stopu. Při použití nejmodernějších
postupů je ale získávání energie z jádra přijatelné a bezpečné a na rozdíl od
fosilních zdrojů i bezemisní.
Ing. Libor Fejta
Související články:
|
