Argentinský program mírového využití jádra zahrnuje jak těžkovodní reaktory od německých a kanadských společností, tak tlakovodní reaktor CAREM domácí konstrukce. Vývojový reaktor tohoto typu je ve výstavbě a má být dokončen v roce 2018. Podívejme se podrobněji na tento typ, který se řadí do skupiny malých reaktorů.
Při zrodu jaderné energetiky v Argentině v padesátých letech stálo rozhodnutí vydat se cestou těžkovodních reaktorů, které zemi umožnily vyhnout se nutnosti technologicky náročného obohacování paliva, a mít tak pod kontrolou celý palivový cyklus. Na počátku 80. let minulého století byla již technologie obohacování uranu v Argentině zvládnuta a do provozu byla uvedena první zařízení, pracující s metodou plynné difúze. Tento krok lze brát jako milník vývoje, protože umožňuje rozšíření nezávislosti, co se týče palivového cyklu i na jiné typy reaktorů, než těžkovodní. V této době byl zahájen i projekt CAREM.
Projektu se v průběhu let účastnilo velké množství národních podniků a organizací, ale dvě z nich přispěly k vývoji nového reaktoru největším dílem. Národní komise pro atomovou energii (CNEA – Comisión Nacional Energía Atómica) je současným vlastníkem projektu a státní společnost pro atomový výzkum INAP (Investigaciones Aplicadas Sociedad del Estado) byla jeho hlavním dodavatelem až do přelomu roku 2000.
CAREM je projekt lehkovodního reaktoru se zvýšenou bezpečností a poprvé byl představen v Limě na konferenci o malých a modulárních reaktorech, kterou v roce 1984 zorganizovala Mezinárodní agentura pro atomovou energii. V prosinci roku 2002 byl fórem Generation IV International Forum (GIF) reaktor CAREM vybrán a kvalifikován mezi více než 100 posuzovanými projekty. Koncept se prosadil zejména díky svým bezpečnostním rysům a ekonomickým ukazatelům.
V roce 2006 byla výstavba a spuštění reaktoru CAREM prohlášena jako věc národního zájmu a dva roky poté byl dokončen plán výstavby a uvádění reaktoru do provozu. V roce 2009 započalo jednání s regulátorem ohledně licencování.
Návrh reaktoru CAREM 25 má dva základní rysy, které zjednodušují jeho výstavbu, provoz a údržbu. Prvním rysem jsou pasivní bezpečnostní systémy, jejichž funkčnost je zajištěna pouze fyzikálními zákony (např. gravitace apod.) bez potřeby dodávky energie ať už elektrické, nebo mechanické, a proto je minimalizována možnost jejich selhání. Druhým rysem je integrace celého primárního okruhu, části sekundárního okruhu a řídicích mechanizmů do společné tlakové nádoby. V důsledku tohoto řešení je možné snížit množství potrubí a dokonce i vynechat oběhová čerpadla. Menší množství součástek v projektu vede ke snížení počtu iniciačních událostí a s nimi souvisejících možných havárií.
Mezi hlavní výhody reaktoru CAREM patří:
- Žádné předpoklady v designu pro havárii typu LB LOCA (Large Break Loss of Coolant Accident – teoretická havárie s únikem chladiva v důsledku roztržení potrubí primárního okruhu s oboustranným výtokem).
- Nemožnost vystřelení řídicí tyče z nádoby – pohony tyčí jsou integrovány do tlakové nádoby.
- Obrovská zásoba chladiva, díky které má reaktor velkou tepelnou setrvačnost.
- Nižší radiační stárnutí reaktorové nádoby díky větší vrstvě vody mezi aktivní zónou a nádobou.
- Nižší provozní náklady a náklady na údržbu díky eliminaci oběhových čerpadel a kompenzátoru objemu.
Aktivní zóna reaktoru je složena z 61 palivových souborů poskládaných v trojúhelníkové mříži. Konstrukčně je palivo podobné klasickým palivům tlakovodních reaktorů (viz. Obrázek 3), avšak jeho aktivní délka činí pouhých 1,4 m. Palivový soubor obsahuje 108 palivových elementů, 18 vodicích a 1 instrumentační trubku. Palivové elementy obsahují pelety s obohacením 1.8 a 3.1 %, přebytečnou reaktivitu na počátku cyklu kompenzuje vyhořívající absorbátor použitý v některých elementech. Délka referenčního palivového cyklu činí 390 efektivních dní na plném výkonu s výměnou 50 % paliva.
Nad aktivní zónou je po obvodu nádoby umístěno 12 průtočných parogenerátorů, které produkují páru o tlaku 4,7 MPa přehřátou až o 30 °C (viz. Obrázek 4). Absorpční tyče jsou vyrobeny ze slitiny AgInCd s pohony integrovanými uvnitř tlakové nádoby o průměru 3,16 m a výšce 11 m. Při podání bezpečnostního signálu se absorpční tyče vlastní vahou zasunou do aktivní zóny. Druhým systémem k odstavení reaktoru je pasivní vstřikování vody s obsahem kyseliny borité. Tento systém začíná fungovat při selhání systému s absorpčními tyčemi, nebo při havárii s únikem chladiva. Díky přirozené konvekci chladiva v reaktoru není možné, aby došlo k havárii se ztrátou průtoku chladiva.
Celý reaktor je umístěn v betonovém kontejnmentu o tloušťce 1,2 m s ocelovou výstelkou. Provedené havarijní analýzy prokázaly, že uvedené řešení spolu s velkými zásobami chladiva v případě těžké havárie zabraňuje dalšímu rozvoji události po dobu 36 hodin bez nutnosti zásahu operátora.
Koncept reaktoru CAREM 25 může být bez větších úprav rozšířen na výkon 100 MWe, ale je připravena i varianta s výkonem 300 MWe, s nižšími náklady na instalovanou jednotku kapacity, která už ovšem využívá oběhových čerpadel a nucenou cirkulaci chladiva. CNEA počítá s nasazením reaktorů typu CAREM jak v Argentině, tak i v zahraničí.
V rámci projektu byla již vybudována některá zařízení určená k vývojovým a testovacím pracím. Mezi ně patří vysokotlaké smyčky s přirozenou konvekcí ke studiu dynamiky a termo-hydrauliky chladiva v aktivní zóně. V přípravě je ozařování palivových elementů, které bude provedeno ve varném reaktoru v norském Haldenu. Jeho cílem je prověřit tepelné charakteristiky a rozměrovou stabilitu paliva.
Prototyp reaktoru CAREM bude postaven u města Lima v provincii Buenos Aires. V současnosti probíhá betonování základů, kontrakt na dodávku tlakové nádoby byl podepsán v roce 2013 a stavba formálně začala v únoru roku 2014. Nejméně 70 % komponent reaktoru dodají domácí podniky a celkové konstrukční náklady budou činit cca 446 mil. USD. Dokončení stavby reaktoru se předpokládá v roce 2016 a první palivo by mělo být zavezeno v roce 2017.
Evžen Losa, Katedra jaderných reaktorů FJFI
Vladislav Větrovec
