Jak funguje atomový reaktor: Dá práci ho zkrotit, ale odměnou je čistá energie

VVER – tlakovodní reaktor

VVER je nejrozšířenějším typem reaktoru a tyto reaktory pracují také v obou našich atomových elektrárnách (Dukovany a Temelín). VVER – někdy se jim říká „veverky“ – je zkratka z vodovodní energetický reaktor, v angličtině se pak používá WWER nebo PWR (Pressurized Water Reactor).

Schéma tlakovodního reaktoru (CC BY: Nuclear Regulatory Commission)

Ve své podstatě se jedná o veliký papiňák. Uvnitř reaktorové nádoby žár řetězové štěpné reakce ohřívá lehkou vodu pod vysokým tlakem (přibližně 150 MPa), který je důležitý, aby se voda ani při vysoké teplotě neproměnila na páru. Viz stavový diagram, tlak ovlivňuje bod varu vody.

Voda slouží zároveň jako moderátor a chladivo, teplo z vnitřku reaktoru přenáší do tepelného výměníku a vrací se zpět do reaktoru – to je primární okruh. Sekundární okruh je od výměníku dále, teplo vyrábí páru pro turbínu a ta vyrábí elektřinu.

Reaktor typu VVER používá i elektrárna v Dukovanech (CC BY-SA 3.0, Dr. Killer)

Reaktor VVER byl vyvinut v bývalém Sovětském svazu v OKB Gidropress. Tento typ reaktorů ale vyrábí i americký Westinghouse a další společnosti. Modernizovaná konstrukce VVER pod označením MIR-1200 je jednou z možností pro dostavbu Temelína.

BWR – varný reaktor

BWR je zkratka z anglického Boiling Water Reactor – varný reaktor. Pára se vyrábí přímo v aktivní zóně a odsud se vede na pohon turbíny. Moderátorem a chladivem zároveň je voda, je zde jenom jeden okruh. Toto řešení je konstrukčně jednodušší a díky přímému pohonu turbíny odpadnou ztráty na výměníku tepla.

Reaktor vyvinula Národní laboratoř v Idaho ve spolupráci s General Electric, v současnosti je největším producentem těchto reaktorů společnost GE Hitachi Nuclear Energy. Jedním z prvních typů tohoto reaktoru je vybavena i elektrárna v japonské Fukušimě. Oproti VVER je výhodou podstatně nižší tlak v okruhu a tím i menší nároky na materiál. Druhou stranu mince tvoří kromě jiného potřeba mnohem větší reaktorové nádoby pro dosažení stejného výkonu jako u tlakovodního reaktoru.

Schéma varného reaktoru. Zdroj CC BY: Nuclear Regulatory Commission

Japonci z BWR odvodili reaktor třetí generace – Advanced BWR, který v počtu 13ks pracuje ve dvou elektrárnách.

Reaktor CANDU

Posledním z významných typů reaktorů druhé generace je kanadský reaktor CANDU. Kanada po druhé světové válce neměla „rozumný“ přístup ke zdroji obohaceného uranu, technologie obohacování byla velmi drahá a většina tohoto materiálu šla na zbraňovou výrobu. Proto víceméně jako východisko z nouze vznikla ojedinělá konstrukce těžkovodního (deuterium) tlakového reaktoru. CANDU je zkratka pro Canadian Deuterium Uranium a konstrukce vychází ze společného kanadsko-britsko-francouzského experimentálního reaktoru ZEEP.

Díky použití deuteria místo vodíku může tento reaktor spalovat přírodní, neobohacený uran, ve kterém je zhruba 0,72 % U235. Deuterium není tak dobrý zpomalovač neutronů jako obyčejný vodík, díky své mase potřebuje více srážek k tomu, aby neutrony zbrzdil, a to vyžaduje i větší rozměry tlakové nádoby. Ale na rozdíl od vodíku má deuterium mnohem menší sklony pohlcovat neutrony do svého jádra. CANDU tedy dokáže spalovat přírodní uran a to velmi efektivně, s účinností až 30–40 %.