Poznejte, jak funguje jaderná elektrárna
Jaderné elektrárny vyrábí v České republice přibližně třetinu elektřiny na dvou místech – v Temelíně a Dukovanech. Jak jaderná elektrárna funguje a proč se jedná o částečně kontroverzní způsob výroby elektřiny?
Jaderná reakce probíhá v reaktoru
Jaderná elektrárna má tři hlavní části – primární okruh, sekundární okruh a chladicí okruh. Srdcem jaderné elektrárny je reaktor v primární okruhu, kde dochází ke štěpné reakci. Do reaktoru se umisťuje jaderné palivo. Nejčastěji se jedná o obohacený uran, tedy uran se zvýšeným obsahem izotopu 235, ve formě tyčí nebo prutů, v některých případech také ve formě koulí.
V reaktoru dochází ke štěpení jádra uranu pomocí neutronů, což způsobí uvolnění velkého množství energie a dalších 2–3 neutronů. Při zásahu jádra uranu neutronem se jádro rozpadne na částice, které se od sebe vzdalují velkou rychlostí. Částice se pomocí moderátoru brzdí, přičemž se uvolňuje teplo. Moderátor je látka, která brzdí jadernou reakci. Nejčastěji se pro tyto účely používá voda nebo různé roztoky.
Obrázek 1: Výstavba jaderné elektrárny 3+ generace Olkiluoto se výrazně prodloužila a prodražila. Plánují proto pochybnosti, zdali výstavba bezpečnějších jaderných reaktorů nové generace budou vůbec rentabilní.
Jak je zajištěna bezpečnost jaderné elektrárny?
Při štěpení vzniká radioaktivní záření, a tak je důležité před reakcí chránit okolí reaktoru. K tomu slouží tzv. kontejnment. To je obálka ze železobetonu, která chrání reaktor proti vnějším vlivům. Musí odolat dokonce i pádu meteoritu nebo letadla.
Dalším bezpečnostním prvkem jsou regulační tyče, které se používají pro zpomalení jaderné reakce. Regulační tyče se vyrábí nejčastěji z bóru nebo kadmia. Pohlcují přebytečné neutrony a ovlivňují tak průběh reakce. Pro úplné zastavení štěpení se využívají bezpečnostní tyče s velkým množstvím absorpční látky.
Pára pohání turbínu a roztáčí generátor
Teplo vyprodukované při jaderné reakci se pomocí chladiva odvádí do sekundárního okruhu, kde je ve výměníku předáno vodě a vzniká pára. Pára pohání turbínu, která je připojena na generátor, který se již postará o výrobu elektřiny. Ta putuje do sítě vysokého napětí a odtud přes přenosovou soustavu do našich zásuvek.
Od sekundárního okruhu funguje jaderná elektrárna stejně jako ta uhelná – jen počáteční tepelná energie nevzniká spalováním uhlí, ale štěpnou reakcí.
Co to kouří, když se nic nespaluje?
Pro pozorovatele zvenčí jsou nejvýraznějším prvkem jaderné elektrárny chladicí věže. Několik vysokých věží s unikajícími oblaky páry jsou často zaměňovány za reaktor, ale mají na starost jen chlazení. Pára, která již prošla turbínou, se ochlazuje v kondenzátoru, kde se mění zpět na vodu. Chlazení kondenzátorů je zajištěno chladicím okruhem. Zbytkové teplo se odpařuje právě v chladicích věžích. Nejedná se tedy o kouř, ale pouze páru.
Druhy jaderných reaktorů
Reaktory I. generace byly budovány v 50. a 60. letech minulého století. První československá jaderná elektrárna v Jaslovských Bohunicích na Slovensku patřila do této generace.
Reaktory II. generace se uváděly do provozu především v 70. letech minulého století. Patří do nich tlakovodní reaktory (PWR) a reaktory VVER. To jsou reaktory využívané v obou jaderných elektrárnách v České republice, v Dukovanech i Temelíně. Oproti první generaci zvýšily svoji účinnost a bezpečnost.
Reaktory III. generace se soustředí na rozvoj účinnosti a prodloužení životnosti reaktoru až na 60 let. Důraz je kladen také na bezpečnost. Zlepšení dosáhla rovněž ekonomická stránka elektrárny díky rychlejší výstavbě a standardizovaným projektům. Rozlišuje se ještě generace III+, která obsahuje další bezpečnostní vylepšení s ohledem na jadernou havárii ve Fukušimě.
Reaktory IV. generace se zatím nachází ve fázi vývoje a testování. Snaží se o ekologický a ekonomický provoz při zachování vysokého stupně bezpečnosti. Mohou například využít vyhořelé palivo, které reaktory starších generací již nedokáží zpracovat. Pilotní reaktory tohoto typu by měly být spuštěny během deseti let, po roce 2050 by měly být připraveny ke komerčnímu využití.
Obrázek 2: Jednotlivé generace jaderných reaktorů
Jak je to s bezpečností a vyhořelým odpadem?
Když se podíváme na jaderné elektrárny očima jejich odpůrců, narazíme na dva základní argumenty, proč je nevyužívat – riziko jaderné havárie a likvidace jaderného odpadu. První jmenovaný problém vedl k odstávce celé řady jaderných elektráren v Evropě po havárii ve Fukušimě v roce 2011.
Bezpečnostní prvky se neustále vylepšují, na druhou stranu se však také prodlužuje životnost jaderných bloků, a to i na dvojnásobek jejich původních hodnot.
Obrázek 3: Zdroj
V případě likvidace jaderného odpadu se zatím také žádné dlouhodobě uspokojivé řešení nenašlo. Vyhořelé palivo se nechává chladit v bazénech, kde může být až 10 let. Poté se umístí v kontejnerech do meziskladů, kde čeká na další zpracování desítky let.
Konečným řešením by pak mělo být uložení do hlubinného úložiště, ale například v České republice se teprve vybírá pro takové místo lokalita. Jeho zprovoznění pak bude trvat nejspíš další desítky let.
