Výroba jaderné energie - Typy jaderných reaktorů

k navigaci

V atomových elektrárnách ve světě pracovalo v roce 2012 435 jaderných reaktorů několika různých typů. Jejich celkový instalovaný výkon je více než 374 000 MWe. Zajímá vás, jak funguje jaderný reaktor?

Jaderný reaktor PWR, VVER

Pressurized light-Water moderated and cooled Reactor, Vodo-Vodjanoj Energetičeskij Reaktor

Tlakovodní reaktor PWR nebo ruský typ VVER je dnes ve světě nejrozšířenějším typem jaderného reaktoru (asi 57 % všech jaderných reaktorů). Tento typ pracuje jak v jaderné elektrárně Dukovany, tak v jaderné elektárně Temelín. Původně byl vyvinut v USA, později koncepci převzalo Rusko. Stejné reaktory jsou pro svou vysokou bezpečnost používány kromě jaderných elektráren i k pohonu jaderných ponorek.

Jaderným palivem je obohacený uran ve formě tabletek oxidu uraničitého uspořádaných do palivových tyčí. Moderátorem i chladivem je obyčejná voda. Výměna paliva probíhá při odstaveném reaktoru zpravidla jednou za rok (nahradí se jedna čtvrtina použitého paliva).

Jaderný reaktor BWR

Boiling Water Reactor

Varný reaktor BWR je druhým nejrozšířenějším typem. Palivem je mírně obohacený uran ve formě válečků oxidu uraničitého uspořádaných do palivových tyčí. Palivo se mění stejně často jako v případě PWR. Obdobná je i aktivní zóna a obyčejná voda coby chladivo a moderátor. Voda se ohřívá až k varu přímo v tlakové nádobě a v horní částí reaktoru se hromadí pára. Když se zbaví vlhkosti, žene se přímo k turbíně. Reaktory BWR jsou jednookruhové.

Těžkovodní reaktor CANDU

Těžkovodní reaktor CANDU byl vyvinut v Kanadě a exportován také do Indie, Pákistánu, Argentiny, Koreje a Rumunska. Palivem je přírodní uran ve formě oxidu uraničitého, chladivem a moderátorem těžká voda D2O. Aktivní zóna je umístěna v nádobě ve tvaru ležícího válce, která má v sobě vodorovné průduchy pro tlakové trubky. Těžkovodní moderátor v nádobě musí být chlazen, neboť moderační schopnost se snižuje se zvyšující se teplotou. Těžká voda z prvního chladicího okruhu předává své teplo obyčejné vodě v parogenerátoru, odkud se vede pára na turbínu.

Jaderný reaktor MagNOx GCR

Gas Cooled, Graphite Moderated Reactor

Plynem chlazený reaktor MagNOx GCR se používá ve Velké Británii. Palivem je přírodní kovový uran ve formě tyčí pokrytých oxidem magnezia. Aktivní zóna se skládá z grafitových bloků (moderátor), kterými prochází několik tisíc kanálů; do každého se umisťuje několik palivových tyčí. Aktivní zóna je uzavřena v kulové ocelové tlakové nádobě s betonovým stíněním. Palivo se vyměňuje za provozu. Chladivem je oxid uhličitý, který se po ohřátí vede do parogenerátoru, kde předá teplo vodě sekundárního okruhu.

Jaderný reaktor AGR

Advanced Gas Cooled, Graphite Moderated Reactor

Pokročilý plynem chlazený reaktor AGR se zatím používá výhradně ve Velké Británii. Palivem je uran obohacený izotopem 235U ve formě oxidu uraničitého, moderátorem je grafit, chladivem oxid uhličitý. Elektrárna je dvouokruhová.

Jaderný reaktor RBMK

Raktro Bolšoj Moščnosti Kanalnyj

Reaktor typu RBMK (známá je také zkratka LWGR) se používá výhradně na území bývalého SSSR. Tohoto typu byl reaktor první jaderné elektrárny v Obninsku i reaktor v Černobylu. Další reaktory tohoto typu se již nestaví. Palivem je přírodní nebo slabě obohacený uran ve formě oxidu uraničitého. Palivové tyče jsou uloženy v kanálech, kudy proudí chladivo - obyčejná voda. V tlakových kanálech přímo vzniká pára, která po oddělení vlhkosti pohání turbínu. Elektrárna je dvouokruhová. Moderátorem je grafit, který obklopuje kanály.

Jaderný reaktor HTGR

High Temperature Gas Cooled Reactor

Vysokoteplotní reaktor HTGR patří k velmi perspektivním typům jaderných reaktorů. Bezpečnost tohoto typu je na vysoké úrovni, reaktor poskytuje na výstupu velmi vysokou teplotu. Má proto i velmi vysokou účinnost výroby elektrické energie (až 40 %). Teplo se může využívat nejen pro výrobu elektřiny, ale i přímo v různých průmyslových procesech, například metalurgických nebo při zplyňování uhlí. Vysokoteplotní reaktory jsou zatím vyvinuty pouze experimentálně v Německu, USA a Velké Británii.

Palivem je vysoce obohacený uran ve formě malých kuliček oxidu uraničitého. Kuličky povlékané třemi vrstvami karbidu křemíku a uhlíku jsou rozptýleny v koulích grafitu, velkých asi jako tenisový míček. Grafit slouží jako pevná, tepelně odolná schránka uranu i vznikajících radioaktivních zbytků i jako moderátor. Palivové koule se volně sypou do aktivní zóny, na dně jsou postupně odbírány. Chladivem je helium proháněné skrze aktivní zónu.

Jaderný reaktor FBR

Fast Breeder Reactor

Rychlý množivý reaktor FBR pracuje v Rusku (BN-600 v Bělojarsku), pracoval ve Francii (Superphénix) a Velké Británii. V USA, Německu a Japonsku existují demonstrační elektrárny tohoto typu. Nové se staví v Rusku, Japonsku a Indii. V dlouhodobé perspektivě je těmto reaktorům přisuzován velký význam.

Palivem je plutonium ve směsi oxidu plutoničitého a uraničitého. Během provozu vyprodukuje více nového plutoniového paliva, než kolik ho sám spálí. Reaktor nemá moderátor, řízená štěpná reakce v něm probíhá působením nezpomalených, rychlých neutronů. Aktivní zóna tvořená svazky palivových tyčí je obklopena "plodivým" pláštěm z uranu. V každém litru objemu FBR se uvolňuje až desetkrát více tepla než u klasických pomalých reaktorů. Chladivem je sodík, který ze sekundárního okruhu proudí do parogenerátoru, kde ve třetím okruhu ohřívá vodu na páru.

Reaktor budoucí Evropy – EPR

European Pressurised Water Reactor

Významným projektem nejen pro budoucí Evropu je reaktor 3. generace EPR (European Pressurised Water Reactor). Tento reaktor s předpokládaným výkonem vyšším než 1500 MW vychází ze zkušeností německých a francouzských jaderných elektráren. K vývoji nového reaktoru EPR založily již v roce 1989 německá firma Siemens a francouzský FRAMATOM společný podnik Nuclear Power International.

Evropský tlakovodní reaktor má optimální bezpečnostní charakteristiky. Je vybaven čtyřnásobně redundantními bezpečnostními systémy, dvojstěnným kontejnmentem a tzv. pasivním zařízením (tj. aniž by musela zasahovat řídicí technika) pro případ, že by došlo k tavení jádra. Projekt se zaměřil na zjednodušení klíčových konstrukčních prvků, což přináší jak zvýšení spolehlivosti a bezpečnosti, tak snížení ceny. První dva se staví ve Finsku a ve Francii.

K dispozici evropským provozovatelům jaderných elektráren jsou i jiné projekty, jako např. americký AP 1000, ruský VVER 1000, V-392, japonský varný ABWR/ESBWR nebo německý varný SWR-1000. Všem společná je filosofie pasivního (tj. automatického) bezpečnostního systému.

nahoru