Středa, 21 října
Shadow

Malý modulární reaktor CAREM-25

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.

RPR-CAREM-02_resized
Obr. 1: 3D model reaktoru CAREM 25. (Zdroj: CNEA.gov.ar)

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.

CAREMfromCNEAfuelelement
Obr. 2: Palivová kazeta pro reaktor CAREM 25. (Zdroj: ANSnuclearcafe.org)

 

carem_fuel
Obr. 3: Konstrukce paliva pro reaktor CAREM 25. (Zdroj: CAREM: An Innovative-integrated PWR, Mazzi Rubén)

 

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.

carem_pressure_vessel
Obr. 4: Radiální řez reaktorem CAREM 25. (Zdroj: CAREM: An Innovative-integrated PWR, Mazzi Rubén)

 

carem_pressure_vessel_layout
Obr. 5: Příčný řez reaktorem CAREM 25. (Zdroj: CAREM: An Innovative-integrated PWR, Mazzi Rubén)

 

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.

Carem 25 first concrete 460
Obr. 6: Betonování základů pro vývojový reaktor CAREM 25, které začalo v únoru 2014. (Zdroj: World Nuclear News)
CAREMfromCNEAsite
Obr. 7: Lokalita pro reaktor CAREM 25 se nachází v sousedství argentinské jaderné elektrárny Atucha, kde jsou provozovány dva bloky těžkovodních reaktorů dodaných německou společností Kraftwerk Union (později součást Siemensu). (Zdroj: CNEA.gov.ar)

 

CAREMfromCNEA4
Obr. 8: Vizualizace budoucí podoby bloku s reaktorem CAREM 25. (Zdroj: ANSnuclearcafe.org)

 

Evžen Losa, Katedra jaderných reaktorů FJFI

Vladislav Větrovec

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Tato stránka používá Akismet k omezení spamu. Podívejte se, jak vaše data z komentářů zpracováváme..