U Prahy se rodí HeFASTo

Použité jaderné palivo se může stát cenným zdrojem energie, kterou budou produkovat reaktory příští generace. Právě to je cílem projektu HeFASTo, malého rychlého vysokoteplotního reaktoru. Vědci z ÚJV Řež u Prahy ho letos začali vyvíjet, ale bohužel se slavnostního spuštění před rokem 2040 nedočkáme. Tak dlouho bude vývoj trvat hlavně kvůli zcela nové koncepci a s tím souvisejícím složitostem i kvůli komerční stránce věci.

Česko patří mezi země s rozvinutou jadernou energetikou. Do roku 2040 by se podle Státní energetické koncepce měly výrobní kapacity v jádře zvýšit výstavbou nových velkých bloků a investicemi do nových jaderných technologií. Jaderné elektrárny by také mohly sloužit k výrobě vodíku.

Od Allegra k Héfaistovi

Společnost ÚJV Řež má s vývojem inovativních reaktorů široké zkušenosti, od roku 2010 je zapojena do společného francouzsko-česko-slovensko-maďarsko-polského projektu Allegro, evropského demonstračního plynem chlazeného rychlého reaktoru (GFR). Cílem je vyvinout a ověřit v provozu technologie heliem chlazených rychlých reaktorů s keramickým ohnivzdorným palivem, které využije plánovaný komerční reaktor o tepelném výkonu 2400 MWt.

Čeští jaderní inženýři například dělali termohydraulické výpočty chování primárního okruhu za běžných provozních i havarijních podmínek, měli nemalý přínos v oblasti mechaniky materiálů a vývoje nových materiálů do prostředí s vysokou teplotou a radiací a navrhli řešení v otázce použití pravděpodobnostních metod hodnocení bezpečnosti reaktorů GFR. Tento projekt sice produkuje velké množství vědeckých článků a zpráv, ale bohužel se jej nedaří převést do fyzické podoby. Dosud nebyl zastaven, avšak skončil v jakési slepé uličce.

Proto podle vedoucího oddělení marketingu v ÚJV Řež Milana Miky se ústav rozhodl vytvořit nový malý modulární reaktor typu GFR, který by využil poznatky získané během práce na Allegru. Nová koncepce dostala název HeFASTo, což odkazuje na řeckého boha ohně a kovářství Héfaista. Tento heliový rychlý reaktor IV. generace je prvním koncepčním projektem tohoto druhu v Evropě.

Rychlý HeFASTo

Po celém světě se vyvíjí přes 70 typů malých modulárních reaktorů. Vědci často sázejí na „klasické“ technologie tlakovodních reaktorů III. generace, které jsou dobře známé a prozkoumané. Roste ale zájem o rychlé vysokoteplotní reaktory IV. generace s různými chladicími látkami: heliem, tekutými kovy nebo solemi.

Předpokládá se, že rychlé reaktory budou mít řadu výhod oproti tradičním lehkovodním reaktorům, které jsou provozovány i v elektrárnách Dukovany a Temelín. „Jedním z významných ekonomických přínosů rychlého reaktoru je efekt ‚množení paliva‘: reaktor bude díky jaderným reakcím během provozu generovat větší množství štěpného materiálu, než bude sám spotřebovávat,“ uvádí vedoucí týmu vývojářů v ÚJV Řež Petr Vácha. Uzavřený palivový cyklus bude produkovat minimální množství radioaktivních odpadů, a navíc se počítá i s tím, že reaktor bude „spalovat“ přepracované jaderné palivo z lehkovodních reaktorů. Půjde o energetický reaktor, který bude určen pro výrobu elektřiny, vodíku nebo vysokopotenciálového tepla pro chemický průmysl. Jeho tepelný výkon by měl dosahovat 200 MWt.

Projekt HeFASTo uplatňuje princip maximální modulárnosti. Většina komponent bude standardizovaná a vyráběná v továrnách. Na staveništi se potom budou sestavovat dohromady už jen větší celky, což podstatně sníží investiční náklady. Vysoká úroveň bezpečnosti reaktoru vychází z celé řady inovativních systémů pasivní bezpečnosti, které ke své funkci potřebují jen gravitaci nebo odvod tepla, a jsou tak bezporuchové.

Podle předpokladu začne výstavba demonstračního reaktoru po roce 2040. Podle Váchy je nyní projekt v předkoncepční fázi a samotný koncepční projekt by měl být hotov do roku 2025. V té době vědci přizvou strategického partnera. Očekávají, že komercionalizace reaktoru HeFASTo potrvá 20 let.

Dlouhá komercionalizace

Proč tak dlouhá doba? Důvody jsou dva. Prvním je teplota na výstupu z aktivní zóny, která dosahuje 900 °C, což přináší obrovské nároky na použité materiály a chladicí systém.

Druhým důvodem je to, že trh bude reaktor potřebovat v době, kdy bude masivně růst produkce vodíku a nezbytnost přepracovávání nahromaděného použitého jaderného paliva. Očekává se, že oba faktory nastanou po roce 2040.

Solný reaktor z Česka

HeFASTo není jediným malým reaktorem vyvíjeným v Česku. Centrum výzkumu Řež, dcera ÚJV Řež, začalo před čtyřmi lety pracovat na reaktoru Energy Well chlazeném roztavenými solemi. Ten je s tepelným výkonem 20 MWt a elektrickým 8 MWe určen pro obce a průmyslové zóny v odlehlých oblastech. Kromě elektřiny může dodávat i teplo a vyrábět vodík. Vedoucí projektu Marek Ruščák uvádí k bezpečnosti reaktoru: „Energy Well bude pracovat při atmosférickém tlaku, což prakticky vylučuje určité typy havárií. Naším cílem je vyvinout reaktor tak bezpečný, že jej bude možné postavit i přímo ve městě.“

Loni v lednu projekt získal patent od Úřadu průmyslového vlastnictví a nyní probíhá příprava výstavby experimentálního modelu. Ten by měl být hotový po roce 2030.

Zdroj: Atomicexpert.com