Témata
Reklama

Perspektivy a rizika využívání jaderné energie

V minulém čísle jsme nastínili principy využívání jaderné energie a základy jaderné legislativy. Druhá část článku se zabývá otázkami jaderné bezpečnosti a problematikou nakládání s vyhořelým jaderným palivem.

Zřejmě nejzávažnějším úkolem souvisejícím s využíváním jaderné energie je jaderná bezpečnost. Její definice umožňuje poměrně snadné odvození všech nezbytných požadavků. Zřetelný je i hlavní cíl jaderné bezpečnosti, kterým je zabránění nekontrolovatelnému rozvoji štěpné řetězové rekce (nedovolené dosažení, resp. překročení kritičnosti, viz např. havárie v Černobylu nebo událost v japonské Tokai-Muře) nebo nedovolenému úniku radioaktivních látek (ten může být právě spojen s nedovolenou kritičností nebo s nedostatečným odvodem tepla, který může vést k poškození palivových souborů apod.).
Reklama
Reklama

Jaderná bezpečnost

Jaderná bezpečnost má jako hlavní ty principy, které vedou k ochraně okolí jaderného zařízení a životního prostředí. Přímo z ní vyplývají základní náležitosti, které musejí být současně a na vysoké úrovni zajištěny:
* stav jaderného zařízení, kterým se rozumí jeho "okamžitý" (nejčastěji provozní) stav. Ten je podmíněn přísným dodržováním provozních předpisů a provozních kontrol a údržbou zařízení. Jejich součástí jsou vždy i odpovídající programy zajištění jakosti;
* schopnost jaderného zařízení, která vyjadřuje kvalitu a splnění všech požadavků jeho projektu, technologii, celkové vybavení zařízení, zálohování systémů, logiku řízení, bezpečnostní systémy, bariéry apod.;
* stav obsluhy zařízení, který vyžaduje nejen dostatečné početní stavy obsluhujících osob, ale i jejich zdravotní a psychickou způsobilost, celkovou osobní pohodu a odpovědný přístup k vykonávaným činnostem;
* schopnost obsluhy zařízení, která vyjadřuje její dovednosti dané systémovým přístupem k jejich přípravě a výcviku, pravidelným opakováním postupů při důležitých činnostech, seznamování se všemi změnami, ke kterým na zařízení dochází apod.;
* stav a schopnost zařízení omezovat následky nehod, které zahrnují aplikace moderních poznatků z oblasti pasivních a inherentních systémů a tendence k vývoji reaktorů, které již svou podstatou nemohou dosáhnout podmínky pro těžké havárie spojené s tavením paliva;
* stav a schopnost obsluhy omezovat následky nehod, které jsou zaměřeny především na perfektní havarijní připravenost, vyjádřenou v havarijních plánech a ověřenou i praktickým nácvikem nezbytných postupů a přístupů.
Hlavní rozdíl mezi definicí jaderné bezpečnosti používanou dříve a nyní je v důrazu na schopnost omezovat následky nehod. Praxe ukazuje, že přes velmi malé pravděpodobnosti jaderných havárií je při jejich vzniku právě schopnost omezit jejich následky mimořádně důležitá.

Vyhořelé jaderné palivo

Při provozu jaderného reaktoru dochází v důsledku jaderných reakcí ke změně izotopického složení prakticky všech použitých materiálů, především jeho paliva. Hlavní reakcí je štěpení izotopu 235U "pomalými" neutrony, důležité však jsou i reakce další. Jako typický příklad lze uvést záchyt "středně rychlého" neutronu jádrem 238U, který vposled vede ke vzniku štěpitelného jádra 239Pu. Při vyhořívání ubývají (s výjimkou množivých reaktorů) v palivu štěpitelné izotopy a z rozštěpených jader vzniknou štěpné produkty. Současně se jadernými přeměnami vytvářejí nové izotopy. Konstrukční materiály se záchytem neutronů aktivují.
Jednotkou vyhoření je MWd/tU - udává množství energie získané z tuny paliva. Typická vyhoření jsou u reaktorů VVER-440 35 až 40 tis. MWd/tU, pro reaktory VVER-1000 se počítá s hodnotami do 50 tis. MWd/tU. Hloubka vyhoření závisí na jaderněfyzikálních vlastnostech a na technických parametrech paliva. Ve srovnání s odpady z jiných energetických zdrojů není množství VJP velké. Např. JE Dukovany vyprodukuje za celou projektovanou dobu provozu ve všech 4 blocích cca 1500 t vyhořelého jaderného paliva (VJP), obdobné množství vznikne i ve 2 blocích v Temelíně.
VJP je silně radioaktivní a obsahuje izotopy s různým poločasem rozpadu. Díky rozpadu se uvolňuje teplo, které je nutné odvádět. Jinak může dojít k poškození paliva a k úniku radioaktivních látek. VJP obsahuje jaderné materiály (235U, 239Pu) ostře sledované z hlediska nešíření jaderných zbraní.

Perspektivy využití VJP

Úkol vyřešit způsob nakládání s VJP stojí před každou zemí využívající jadernou energii. Týká se nejen energetických reaktorů, určených primárně pro výrobu energie, ale i většiny reaktorů výzkumných. Problém, co s VJP, začíná bezprostředně po jeho vyvezení z reaktoru a končí poslední operací, kterou je buď jeho konečné uložení, nebo přepracování. To podle zvoleného přístupu.
V současnosti jsou ve světě přijímány v zásadě dvě strategie. První strategií je přímé ukládání (konečné, trvalé uložení) VJP, druhá je charakterizována přepracováním VJP a následnou recyklací plutonia a uranu v novém, směsném, palivu, označovaném nejčastěji MOX (mixed oxide PuO2/UO2). V řadě zemí využívajících jadernou energii však byla přijata ještě třetí možnost. Konečné rozhodnutí je odloženo a vyčkává se na výsledky vývoje a sleduje se rozvoj skladovacích technologií i alternativních možností k přímému ukládání či přepracování VJP.

Skladování VJP

Ať již je zvolená celková strategie konce palivového cyklu jakákoliv, podstatnou roli sehrává fáze krátko- či dlouhodobého skladování VJP. Skladování není považováno za technickou bezradnost nad vyhořelým palivem, ale vědomou volbou (přináší snížení aktivity a tepelného výkonu, poskytuje možnost dlouhodobé kontroly integrity paliva a umožňuje zvolit optimální postupy včetně zachování možnosti přepracování VJP). Sklady, které jsou určeny pro časově omezené skladování VJP (původně do 50 let, nyní se hovoří až o 100 rocích), jsou nazývány mezisklady. Jsou buď mokré (VJP je skladováno ve vodě), nebo suché (VJP je skladováno v různých typech kontejnerů). Sklady VJP jsou považovány za jaderná zařízení, a proto se na jejich výstavbu, provoz i konečnou likvidaci vztahují přísné podmínky dané jadernou legislativou.
VJP uložené v hlubinném úložišti je potenciálně nebezpečné zhruba 10 až 100 tisíc let. To podle hypotetické představy události, k jaké by mohlo dojít (např. průnik do spodních nebo povrchových vod při zemětřesení, sopečném výbuchu, nečekaných změnách geologických poměrů, sabotáži apod.). Místa pro úložiště jsou však volena tak, aby pravděpodobnost takových událostí byla skutečně minimální.

Přepracování VJP

VJP obsahuje přibližně 94% 238U, 1% 235U, 1,5% Pu (převážně 239Pu) a vyšších aktinidů a 3,5% štěpných produktů. Konkrétní hodnoty závisejí na původním obohacení paliva a hloubce vyhoření. Přepracováním VJP lze získat užitečné štěpné materiály a současně z něj odstranit izotopy silně absorbující neutrony. Při přepracování se z VJP odseparuje uran a plutonium, které se mohou využít buď v palivu typu MOX nebo v rychlém reaktoru. Zbylá část (štěpné produkty a vyšší aktinidy) tvoří vysoceaktivní odpad. Množství odpadu se přepracováním (oproti jednorázovému palivovému cyklu s přímým ukládáním, kdy se ukládá i nespotřebovaný uran) sníží přibližně na 5%. Těchto 5% však obsahuje radionuklidy s rozhodující aktivitou. Z hlediska celkové aktivity odpadu proto dochází při přepracování VJP pouze k jejímu malému snížení (o aktivitu uranu a plutonia), byť se přitom celkové množství odpadu výrazně sníží. V současné době existují a jsou využívány dobře zvládnuté technologie, osvědčené z hlediska jaderné bezpečnosti, které jsou i ekonomicky akceptovatelné. Přepracovatelské závody jsou ve výstavbě či v provozu v Číně, Francii, Japonsku, Velké Británii a Rusku. Mezi země, které nechávají vlastní VJP přepracovávat v zahraničí a kromě štěpných materiálů odebírají zpět také radioaktivní odpady, patří Belgie, SRN, Japonsko, Švýcarsko a Nizozemsko. Jedním z argumentů proti přepracování jsou nesporně vysoké náklady, i zde je ale nutné počítat s konečným uložením vysoce aktivních radioaktivních odpadů.
Pro přímé ukládání VJP hovoří relativně nižší náklady a dostatek štěpných materiálů za relativně nízké ceny. Koncepce trvalého uložení je oficiální politikou řešení problému mj. v USA, Kanadě a Švédsku. V řadě zemí jsou věnovány značné prostředky a úsilí výzkumu konečného ukládání VJP v různých geologických formacích do hloubky několika set metrů. Paralelně jsou však sledovány i jiné možnosti, např. ADS (urychlovačem řízené transmutační systémy), které by měly podle současných představ umožnit snížení hranice nebezpečnosti VJP na hranici pod 1000 let, přitom celkové množství radioaktivního odpadu by bylo sníženo na cca 20 %.
Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 10108
Datum: 31. 01. 2001
Rubrika: Výroba / Energetické strojírenství
Autor:
Firmy
Související články
Ruské jádro s českými dodavateli

České firmy budou pomáhat stavět ruské jaderné elektrárny po celém světě, a to bez ohledu na fakt, zda se ruská státní společnost Rosatom bude podílet na dostavbě JE Temelín. K tomuto stanovisku došli účastníci 2. středoevropského fóra jaderného průmyslu Atomex - Europe, které se v polovině října konalo v Praze.

Indie zvažuje náklady a hledá optimální podmínky

Mezi země s nejrychlejším růstem ekonomiky patří již více než deset let Indie. Na druhé straně ovšem stále postrádá dostatek energetických zdrojů k tomu, aby takovouto expanzi zvládla. Zvyšující se náklady a stále častější výpadky energie ji nutí přehodnocovat své dosavadní plány.

Zakázka pro Rostovskou jadernou elektrárnu

Strojírenská společnost ZVU POTEZ Hradec Králové odeslala začátkem října do Ruska pět speciálních výměníků. Určeny jsou k termoregulaci hydrosystému parogenerátoru v primárním okruhu 4. bloku Rostovské jaderné elektrárny, která leží u vodní nádrže na řece Don.

Související články
Progres v navyšování podílu na trhu

Skupina Plansee Group dosáhla v hospodářském roce 2017/18 konsolidovaného obratu 1,3 miliardy euro, což znamenalo nárůst o 11 % ve srovnání s předchozím obdobím. V rámci bilanční tiskové konference konané v Reutte o tom informovali členové představenstva Bernhard Schretter a Karlheinz Wex.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Zrod (a znovuzrození) břitové destičky

Prakticky veškeré výrobky z kovů se obrábějí pomocí břitových destiček – ať už se jedná o letecký průmysl, výrobu energetických zařízení, nebo oblast spotřebního zboží. Břitové destičky jsou využívány ve velkém měřítku a pro širokou škálu aplikací, od frézování masivních bloků motorů a tvarového obrábění forem využívaných výrobci sportovní obuvi až po obrábění číselníků. Seznam požadavků na břitové destičky je dlouhý: vysoká odolnost proti opotřebení a dlouhá životnost, vysoké rychlosti úběru kovu a maximální spolehlivost, a to i v náročných podmínkách, jako jsou složité dráhy nástrojů nebo hluboké dutiny, špičková výkonnost při obrábění za sucha i za mokra a vynikající kvalita obrobené plochy při dodržení přísných tolerancí.

Kompletní obrábění rotorů turbín velkých hmotností

Koncem února uvedla společnost Doosan Škoda Power oficiálně do provozu nové horizontální obráběcí centrum řady ultraturn MC od společnosti Georg, kterou v České a Slovenské republice zastupuje firma Stroje JMK. Pomocí tohoto zařízení bude firma Doosan vyrábět rotory turbín o hmotnosti až 140 tun.

Český řídicí systém SandRA pro energetiku

Řídicí systémy a know-how české společnosti ZAT využívají energetické společnosti i firmy z oblasti průmyslu v téměř 60 zemích světa. „V současné době působíme na 265 klasických elektrárnách, teplárnách a spalovnách a více než čtvrtině jaderných elektráren v Evropské unii a na 10 procentech ve světě. V České republice jsme letos úspěšně dokončili několikaletý projekt rekonstrukce SKŘ Elektrárny Opatovice,“ konstatuje Ivo Tichý, člen představenstva ZAT.

Kombinované sklíčidlo

Nové synchronizované sklíčidlo GűhroSync vybavila firma Gűhring kombinovaným upínacím systémem pro závitovací nástroje. Spojením předností klasických synchronizovaných a hydraulických sklíčidel do jednoho celku je nabízena novinka s mimořádnými funkčními vlastnostmi.

Řídicí systémy nejen pro energetiku

Česká společnost ZAT, a. s., je etablovanou firmou v oboru automatizace technologických procesů v České republice i v zahraničí. V oblasti automatizace patří mezi nejdéle podnikající firmy na světě, letos slaví 50 let od svého založení.

MM Podcast: Glosa - Hra o energii o třech dějstvích

Mysleme na to, že Evropa je nyní blíže okamžiku bodu zvratu, protože již několik let trvající trend postupného poklesu konkurenceschopnosti tohoto regionu se dostane do ještě strmější trajektorie. Toto obrovské riziko zde reálně hrozí, a pokud na něj nebudeme reagovat a věnovat se jeho řešení, hrozí nám obrovské sociální problémy, které jsme zde za posledních několik desetiletí neřešili. A válka na Ukrajině, která není jeho prvotní příčinou, tento trend dále eskaluje.

MM Podcast: Glosa - Green Deal je mrtev, ať žije Green Deal!

V rámci tzv. Zelené dohody přijala Evropská komise návrhy na uzpůsobení své politiky v otázkách klimatu, energetiky, dopravy a zdanění, tak aby se státy mohly podílet na snižování emisí skleníkových plynů do roku 2030 alespoň o 55 % ve srovnání s rokem 1990. Komise plánovala do roku 2050 vytvořit z Evropy první klimaticky neutrální kontinent. Vše ale bylo postaveno na dodávkách ruského plynu. S ohledem na eskalaci studené války a nestabilitu dodávek ropy a zemního plynu na Green Deal ve stávající podobě zapomeňme. Vracíme se k pálení uhlí, mazutu a kdoví čeho ještě...

Inženýrská akademie ČR - Energie pro udržitelný život

Inženýrská akademie ČR je organizace sdružující lidi se společným zájmem – podporovat výzkum, vzdělávání a inovace. Najdeme zde špičkové odborníky z různých oborů. V našem seriálu dáváme slovo těm z nich, jejichž oblasti působnosti mohou být pro naše čtenáře zvlášť zajímavé.

Střídavě stejnosměrné názory na elektromobilitu, 3. díl: Energetický mix České republiky

V minulém díle jsme upozornili na tu skutečnost, že elektromobily lze za vozidla s nízkými anebo nulovými emisemi skleníkových plynů považovat pouze podmíněně a že jednou z takových podmínek je energetický mix dané země. To jsme ilustrovali na rozdílných emisích bateriových elektrických automobilů mezi Řeckem (155,3 g CO2/km) a Švédskem (4,1 g CO2/km). V tomto díle se zaměříme právě na energetický mix, jak všeobecně, tak v souvislosti s očekávaným postupným přechodem na elektromobilitu.

Od matematických modelů k domácí elektrárně

Technici znají organický Rankinův cyklus (ORC) již od 19. století, ale až donedávna se nedařilo pro něj nalézt praktické využití. V posledních letech se na využití principu ORC zaměřili v Univerzitním centru energeticky efektivních budov ČVUT (UCEEB). Výzkum tepelných cyklů s nízkým výkonem se jevil jako perspektivní v oblasti mikrokogenerace a využití odpadního tepla. Zvýšený zájem o ORC souvisel především s vývojem „domácí“‎ mikroelektrárny WAVE, která nyní již úspěšně „běží“‎ ve zkušebním provozu.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit