Francie chce zrychlit a uzavřít
Mezinárodní konference FR22 o rychlých reaktorech a souvisejících s nimi palivových cyklech proběhla v hlavním štábu MAAE ve Vídni 19.-22. dubna 2022. Se zprávou o současné a budoucí politice Francie v oblasti rychlých reaktorů a uzavření palivového cyklu na konferenci vystoupil Frederic Serre, zástupce Komisariátu pro jadernou energii (CEA).
Směřujeme k uzavření
Víme — tedy zasvěcení vědí — že Francie v současnosti nemá funkční rychlé reaktory. Zatím se francouzský jaderný průmysl drží politiky jednoho vyhoření plutonia v aktivní zóně lehkovodních reaktorů. Závody v La Hague zatím přepracovaly celkem 34 tisíc tun vyhořelého paliva z lehkovodních reaktorů a ze získaného materiálu byly vyrobeny asi 2,6 tisíce tun MOX-paliva. Povolení nakládat MOX-články do aktivních zón reaktorů má 24 z 56 francouzských energetických jednotek.
Frederic Serre zdůraznil, že při extrakci plutonia se francouzský průmysl přísně řídí principem: „Extrahovat tolik, kolik potřebují reaktory“. Každoroční spotřeba extrahovaného plutonia dnes ve Francii činí přibližně 10 tun.
Dlouhodobá energetická strategie (2019-2028), přijatá ve Francii, potvrzuje, že země zůstává věrná svému dosavadnímu směřování na uzavření jaderně-palivového cyklu, a má zůstat přinejmenším do roku 2040. Coby mezikrok Francouzi vidí přechod na několikanásobnou recyklaci plutonia v lehkovodních reaktorech a teď jej přepravují. Jako konečnou etapu však též vidí uzavření palivového cyklu s rychlými reaktory, což umožní nejlépe využít kapacity přírodního uranu.
Ze všech rychlých reaktorů byly jako hlavní směr vybrány reaktory chlazené sodíkem, avšak i další směry jsou brány jako perspektivní. Autor zprávy připomněl, že v říjnu 2021 tehdejší (a už víme, že stávající) prezident Emmanuel Macron definoval nové investiční cíle v oblasti energetiky, jmenovitě vývoj a uplatnění inovačních malých modulárních reaktorů, postup do světové špičky ve výrobě „zeleného“ vodíku a snížení emisí skleníkových plynů o 35% ve srovnání s čísly v roce 2015.
Francouzské projekty
Nejznámější projekt francouzského SMR je NUWARD, do kterého se zapojily (nebo byly zapojeny) desítky francouzských jaderných společností a institucí. Reaktor může fungovat jako výrobna elektřiny nebo tepla a vodíku. Avšak i v oblasti rychlých reaktorů mají Francouzi řadu vlastních vývojových projektů: Frederic Serre pro ně použil formulaci Advanced Modular Reactors, pokročilé modulární reaktory, což znamená, že jejich výkon může v zásadě překračovat rámec, stanovený pro MMR.
Ve dvou projektech pokročilých rychlých reaktorů byl jako chladivo zvolen tekutý sodík, jsou to reaktory ATRIUM a ANAIS. Skupina Orano (bývalá Areva) navíc rozvíjí projekt reaktoru ARAMIS chlazeného tavenými solemi. Záhadu, proč názvy všech těchto projektů začínají písmenem „A“, autor zprávy neobjasnil.
Ve vzdálenějším časovém horizontu Francouzi zkoumají projekt ISAC (Innovative System for Actinides Conversion), který vyvíjí zvláštní skupina ve spolupráci CEA, EDF, Framatome, Orano a francouzského institutu CNRS. Tento projekt je reaktor s chlazením tekutými solemi, jeho hlavní specializací bude dopalování americia.
Serre zmínil rovněž práce v oblasti mikroreaktorů a reaktorů pro použití ve vesmíru, avšak nijak se u toho nepozastavil. V roce 2021 ve Francii vznikly tři reaktorové startupy: Naarea pro mikroreaktory s tekutými solemi, Jimmy pro vysokoteplotní plynem chlazené reaktory a Transmutex pro reaktorové systémy, řízené urychlovačem (ADS-systémy).
ANAIS a ATRIUM
Rychlé sodíkem chlazené reaktory velkého výkonu se dobře hodí pro palivové cykly s několika recyklacemi plutonia, jejich ekonomika však zatím není nejlepší („jsou stále příliš drahé“). Z tohoto důvodu Francouzi začali s vývojem pokročilých rychlých reaktorů chlazených sodíkem s nižším výkonem – jejich ekonomické parametry a charakteristiky jsou podle vývojářů nadějnější, než u velkých strojů.
Oba projekty, které jsou dnes ve vážném vývoji, mají elektrický výkon řádově 150 MWatt, jsou však mezi nimi rozdíly. Oba jsou ve fázi „sketch“, tedy návrhu. Projekt ANAIS lze připravit v relativně krátkých časových lhůtách – je to reaktor bazénového typu, využívající celou řadu řešení ze známého projektu ASTRID. Hlavní úkol, který si zadali vývojáři ASTRID, je snížit kapitálové náklady co nejvíc. Frederic Serre dodal, že ANAIS je projektován rovnou ve dvou konfiguracích — se dvěma a čtyřmi moduly.
Projekt ATRIUM by měl do sebe zahrnout „průlomové inovace“. Jde o smyčkový stroj s aktivní zónou typu CADOR (Core with Adding DOppleR effect), ve své ideální podobě tento design zcela vylučuje těžké havárie s roztavením celé aktivní zóny. Mezi další inovativní prvky ATRIUM autor zmiňuje zjednodušení okruhu a zcela pasivní systém odvodu reziduálního tepla.
Pro zlepšení ekonomických ukazatelů u pokročilých rychlých sodíkových reaktorů uvažují Francouzi o systémech, kde budou fungovat v kombinaci s akumulátory tepla. Cílem je mít možnost manévrovat s výkonem systému rychlostí až 20%/min beze změny výkonu reaktoru. V úvaze jsou také další možná využití, včetně výroby tepla a vodíku. Hlavní otázkou zůstává: umožní všechna tato opatření změnit ekonomiku reaktorů na „úspěšnou“ v „rozumném čase“?
Frederic Serre neuvedl žádné jiné podrobnosti o projektu ATRIUM, proto níže uvádíme některé detaily a vysvětlení z jiné francouzské prezentace, vytvořené v roce 2021.
Rychlý reaktor na tekutých solích
Zájem Francie o reaktory chlazené tavenými solemi (MSR, molten salt reactor) je podmíněn řadou příčin: poskytují možnost víckrát recyklovat plutonium a transmutovat minoritní aktinoidy, mají bezpečnostní výhoy (potenciální je lze navrhnout tak, že nemůže dojít k těžkým haváriím, mají silné záporné zpětné vazby v neutronice, v okruzích není vysoký tlak, při úniku soli tuhnou). Kromě toho se MSR dobře hodí pro práci v různých flexibilních režimech.
Nicméně není vše jen růžové a zelené, například pro skutečné projektování chybí celá řada dat. Na stole jsou náročné otázky související s korozí materiálů a chováním konstrukčních prvků a materiálů pod vlivem záření (MSR nemají takovou bezpečnostní bariéru, jako jsou pouzdra palivových článků). Hodně práce je také potřeba pro pochopení specifik provozu MSR, neboť světové zkušenosti v této oblasti jsou zatím mizivé.
V roce 2020 skupina Orano nastartovala výzkumný program, jehož smyslem a záměrem je zhodnotit, zda jsou projekty MSR uskutečnitelné za zadaných podmínek a zda jejich proklamované výhody jsou opravdu relevantní. Tatáž skupina vyvíjí rovněž rychlý MSR pod názvem ARAMIS.
Zdroj: Atominfo.ru
