S  expertem ruské společnosti Rosatom Petrem Gavrilovem jsme hovořili o nejmodernějších jaderných technologiích založených na tzv. rychlých reaktorech. Říká, že díky těmto reaktorům lze považovat jadernou energetiku za obnovitelný zdroj energie.

Petr Gavrilov působil v Reaktorovém závodě podniku Gorno-chimičeskij kombinat. Zabýval se zvyšováním bezpečnosti a prodlužováním provozu zdejších reaktorů a později také jejich vyřazováním z provozu. Pod jeho vedením byla vypracována koncepce vyřazování ruských uran-grafitových reaktorů z provozu, které jsou pozůstatkem po sovětském vojenském programu. Má titul doktor technických věd, je autorem přes 100 vědeckých prací a 137 vynálezů.Gorno-chimičeskij kombinat je součástí ruské korporace pro atomovou energii Rosatom a zabývá se nakládáním s použitým jaderným palivem. V současné době řeší strategický úkol uzavírání jaderného palivového cyklu, který má Rusku zajistit ekologicky čistou a bezpečnou jadernou energii. Cílem tohoto programu je například modernizace meziskladů použitého jaderného paliva a vývoj pilotního centra pro přepracování použitého paliva a vyprojektování závodu pro přepracovávání v průmyslovém měřítku.

 

Čím se zabýváte v Gorno-chimičeském kombinátě?

Věnujeme se využití energie obsažené v uranu 238 za pomoci rychlých reaktorů. Jaderná energetika založená na této technologii představuje budoucnost lidstva, protože zásoby uhlovodíků, které máme na naší planetě, budou vyčerpány v příštích sto letech nebo se začne citelně projevovat jejich nedostatek. Ten, komu se povede vyvinout potřebné technologie, bude moci lidstvo zajistit energií v nejbližším tisíciletí. Součástí naší práce je také závod na výrobu paliva MOX, který byl uveden do provozu v roce 2015 a který vyrábí palivo pro reaktor BN-800.

Proč je důležitý právě uran 238?

Za prvé, abychom si lépe rozuměli, vám připomenu, z čeho se technicky vycházelo. První reaktor byl postaven Enricem Fermim ve Spojených státech na stadionu Stagg Field Stadium, lépe řečeno pod tímto stadionem. Postavili zde takzvanou Chicagskou hranici (reaktor byl poskládán z grafitových kvádrů a připomínal hranici dřeva), což byl reaktor na tepelných neutronech. Už v roce 1944 představil Enrico Fermi výhody množení paliva a rychlých reaktorů, o nichž jsem začal mluvit. Konkrétně množení umožňuje využít uran 238, který představuje více než 99 % přírodního uranu. Uran 235 tvoří jen 0,7 % a prakticky celý zbytek je uran 238.

Takže pro lidstvo je nutné přejít od uranu 235 k uranu 238?

Ano, tento přechod je nutný. Právě reaktor BN-800 představuje v tomto ohledu velmi významný mezník, protože jeho množivý faktor je vyšší než jedna. To znamená, že vyprodukuje více paliva, než spálí. Dosud používaly všechny rychlé reaktory uranové palivo a nyní se poprvé na světě přechází k uran-plutoniovému palivu, a to navíc při množení.

Je možné v případě uran-plutoniového paliva mluvit o obohacení?

Palivo MOX je směsí oxidů uranu a plutonia a z ní se využívá uran 235 i 238 a plutonium 239. Směs uranu 235 a plutonia 239 odpovídá ekvivalentně 20 % uranu 235 a zbytek představuje uran 238. V tepelných reaktorech Temelína a Dukovan se používá průměrné obohacení 4,4 %. V Jaslovských Bohunicích to je 3,6 %. A reaktor BN-800 má ekvivalentní obohacení téměř 20 %. Všechno to je takzvaný nízkoobohacený uran.

Co znamená, že množivý faktor je roven nebo větší než jedna?

Znamená to, že získáváme více štěpných jader, než spotřebováváme v palivu. Vezmeme uran-plutoniové palivo, zavezeme jej do reaktoru, provozujeme reaktor a potom máme v palivu více štěpných jader než původně. Pak palivo vyvezeme a nějakou dobu chladíme. Potom ho převezeme k radiochemickému přepracování, odstraníme štěpné produkty a minoritní aktinidy a vyrobíme z něj palivo MOX. A tak probíhá pořád dokola uzavřený palivový cyklus.

Tím získáváte více paliva, než jste do reaktoru původně zavezli. Nejde o perpetuum mobile?

V horizontu tisíc let se tomu tak dá nadneseně říkat. Nejde samozřejmě o perpetuum mobile, ale je mu to na rozdíl od klasické jaderné energetiky blízké. V současnosti například Francouzi používají palivo MOX v tepelných reaktorech. Reálně jej použijí jen jednou a to je vše, protože se jim v něm hromadí izotopy, které nejsou štěpné. Podstatným rozdílem u rychlých reaktorů je to, že máme množivý faktor vyšší než jedna, takže se hromadí izotopy, které jsou štěpné. Nemohu vám říci, kolikrát je skutečně možné použít palivo v rychlém reaktoru, ale dokud budeme mít uran 238, který bychom doplňovali místo toho vyhořelého, můžeme cyklus opakovat stále dokola.

Je možné po zvážení všech těchto faktorů nazvat jadernou energetiku obnovitelným zdrojem energie?

Ano, jednoznačně ano. Neplatí to jen z pohledu zásob paliva zajištěných na dlouhou dobu dopředu, ale navíc i z pohledu odpadů. Použité palivo obsahuje takzvané minoritní aktinidy, které mají velmi dlouhý poločas rozpadu, například americium 241, neptunium a další. My děláme to, že použité palivo převezeme do podniku GCHK, kde ho nejdříve nějakou dobu skladujeme a potom přepracováváme v radiochemickém závodě. Jednou z výhod rychlých reaktorů je přebytek neutronů, takže umožňují spalovat jakékoliv minoritní aktinidy. Můžeme tak vyrábět jednotlivé palivové kazety z jednotlivých aktinidů, zavážet je do reaktoru a spalovat vše, s čím by jednou byly problémy. Dnes jsou vysokoaktivní odpady vitrifikovány (zalévány do matrice ze skla, která zabraňuje úniku radioaktivních látek) a ukládány. Rychlé reaktory ale umožňují plně se obejít bez ukládání vysokoaktivních odpadů. Navíc naše moderní technologie přepracování paliva neprodukuje kapalné odpady. Prakticky tak směřujeme, ještě tam ale nejsme, k bezodpadové technologii.

Je možné srovnat například objem radioaktivních odpadů ze současných tepelných reaktorů s odpady z rychlých reaktorů?

Nutno připomenout, že BN-800 je pilotní reaktor. Náš závod na výrobu paliva pro reaktor MOX není masová výroba. Masová bude až od desítek reaktorů, kdy budou velké výrobní závody. Potom bude možné přesně srovnávat energetiku na tepelných a rychlých reaktorech. Již nyní se ale ukazuje, že budeme schopni zmenšit objem použitého paliva desetkrát a stejně tak i objem radioaktivních odpadů. Jde o technologii zítřka, která je kompaktní a bezpečná.

Popisoval jste cyklus: palivo je pět let používáno v reaktoru, potom je několik let chlazeno, přepracováváno a znovu použito. Jak dlouho tento cyklus zabere? Už jej někdo skutečně provedl?

Právě jsme spustili reaktor BN-800 a palivo MOX představuje jen třetinu aktivní zóny. K tomu, že reaktor poběží zcela na palivo MOX, bychom se měli dostat během dvou let. Dosud se toho nepodařilo dosáhnout na žádném rychlém reaktoru ve světě, takže nám chybí reálné dlouhodobé zkušenosti.

Palivo je v reaktoru dva až tři roky, pak je zhruba 5 let chlazeno a přepracování zabere asi půl roku. Fabrikace nových palivových souborů trvá asi rok, takže celkově počítejme se zhruba 10 lety minimálně. To platí, pokud vše půjde automaticky krok za krokem, což je dost rychlé. Ve skutečnosti to může trvat o něco déle. Samozřejmě je potřeba jednu várku paliva skladovat, jednu přepracovávat, jednu provozovat v reaktoru a tak dále.

Použité jaderné palivo je vysokoaktivní materiál, který je nebezpečný, pokud s ním přijdou lidé do kontaktu. Čím je závod na jeho přepracování specifický?

Závod, který jsme postavili v GCHK, je význačný velkou mírou automatizace. Všechny automatické stroje jsou umístěny v chráněných komorách, takže je vše bezpečné pro lidi i životní prostředí. Lidé pouze sledují pomocí speciálních kamer, jak probíhá proces přepracování a fabrikace paliva. Díky tomu můžeme přepracovávat prakticky jakýkoliv vysoce aktivní materiál.

Jedním z prvních minoritních aktinidů, do kterého se ruští vědci pustili, je americium. V loňském roce byla vyvinuta technologie pro jeho separaci. Bylo už vyrobeno palivo obsahující americium a jak to vypadá s dalšími prvky, například neptuniem?

S neptuniem je to jiné. Izotop neptunium 237 je stabilní a jeho ozářením vzniká plutonium 238, které používají zdroje energie určené pro vesmírné sondy. Jde o izotop s dlouhým poločasem rozpadu. Separací neptunia 237 a jeho ozářením tedy získáváme plutonium 238, což je užitečný izotop – používá se také v lékařství k napájení kardiostimulátorů a v dalších aplikacích. Pokud je řeč o ostatních izotopech neptunia, je to stejné jako s americiem – jsme připraveni jej zavézt do reaktoru.

Budoucnost energetiky

Když si dáme toto vše dohromady, napadne nás otázka, zda bychom měli dále investovat peníze do vývoje tepelných reaktorů. Má nyní smysl zapomenout na VVER a všechny síly upřít na reaktory typu BN?

Je nutný postupný přechod. Před nedávnem naši vědci vydali první studii Dvousložková energetika, která se zabývá přechodem od tepelné energetiky k rychlé. Nemůžeme najednou začít stavět reaktory BN-1200. Reaktor BN-800 je především zkušební reaktor. Až BN-1200 bude možné srovnávat z hlediska ekonomiky a dalších ukazatelů s tepelnými jadernými reaktory. Potom přijde to, o čem mluvíte. Bude probíhat masová výstavba rychlých reaktorů a v té době také začne docházet uran pro tepelné reaktory.

Za jak dlouho by k tomu přibližně mohlo dojít?

Myslím si, že to začne už po roce 2030. Proces přechodu již pomalu začíná, ale zatím skutečně velmi pomalu. Bude ale zrychlovat s tím, jak nám budou ubývat zásoby plynu, ropy a uhlí. Již za 50 let bude nutné začít nahrazovat dosluhující tepelné reaktory rychlými.

 

Vladislav Větrovec, Atominfo