Porovnanie reaktorov

Hlavné prvky, ktorými sa odlišujú rôzne typy existujúcich reaktorov:

  • Palivo, ktorého časť predstavuje štiepny materiál.
  • Moderátor, ktorý je potrebný na udržiavanie reťazovej reakcie.
  • Chladivo, ktoré zachytáva teplo vyrobené v reaktore a prenáša do parogenerátora.

Z technologického hľadiska existujú tri hlavné typy reaktorov, ktoré sa dostali do fázy priemyselného využitia. Klikom na konkrétny typ sa zobrazí jeho detailný popis:

1. Plynom chladený, grafitom moderovaný reaktor

Plynom chladený grafitom moderovaný reaktor (GCR – Gas Cooled Reactor, AGR – Advanced Gas-cooled Reactor) ako palivo používa urán, ako moderátor grafit a ako médium na prenos tepla stlačený oxid uhličitý. Tento typ vyvinuli pre priemyselné využitie vo Veľkej Británii a vo Francúzsku. Celkovo je dnes v prevádzke 15 reaktorov GCR/AGR.

Typ RBMK využíva urán a grafit ako typ GCR, ale líši sa v tom, že ako kvapalinu na prenos tepla využíva namiesto plynu vodu. Tento typ vyvinuli v bývalom Sovietskom zväze a dodnes je v Ruskej federácii v prevádzke 15 reaktorov.

2. Ťažkou vodou chladený a moderovaný reaktor

Ťažkou vodou chladený a moderovaný reaktor (PHWR – Pressurized Heavy Water Reactor) ako palivo používa prírodný urán. Ako moderátor používa ťažkú vodu (čiže vodu, ktorá má namiesto vodíka izotop deutéria) a ako chladivo ťažkú vodu pod tlakom. Priemyselný reaktor tohto typu je kanadský CANDU (Canadian Deuterium Uranium), a z neho odvodené projekty podobného typu. V súčasnosti je vo svete v prevádzke 49 reaktorov, okrem Kanady najmä v Ázii.

3. Ľahkou vodou chladený a moderovaný reaktor

Ľahkou vodou chladený a moderovaný reaktor (LWR  Light Water Reactor) je najviac využívaným typom reaktora. Využíva obyčajnú vodu ako moderátor aj ako kvapalinu na prenos tepla a obohatený urán ako palivo. Typ LWR sa ďalej delí na dva hlavné typy:

  • Varný reaktor (BWR – Boiling Water Reactor)
  • Tlakovodný reaktor (PWR – Pressurized Water Reactor)

BWR je reaktor s priamym cyklom, s výrobou tepla a pary priamo v tlakovej nádobe reaktora. Nemá teda oddelené okruhy (primárny a sekundárny), ale jediný okruh, v ktorom sa tá istá voda využíva ako moderátor a ako chladivo meniace sa na prehriatu paru, ktorá poháňa turbínu. V porovnaní s konkurenčným tlakovodným reaktorom PWR má výhodu väčšej jednoduchosti systému, ale aj nevýhodu zložitejšej konštrukcie reaktorovej nádoby a komplikovanejšieho systému riadenia. V súčasnosti sa vo svete prevádzkuje 78 elektrární typu BWR.

PWR je reaktor s nepriamym cyklom, čiže tlaková voda primárneho okruhu, ktorá má funkciu moderátora a chladiva, neroztáča turbíny, ale svoju tepelnú energiu odovzdáva vode sekundárneho okruhu v tzv. parogenerátore, kde sa vyrába sýta para využívaná na výrobu elektrickej energie. Rozdelenie týchto dvoch okruhov má výhodu v tom, že para v turbíne sa nikdy nedostane do kontaktu s jadrovým palivom, takže neobsahuje produkty štiepenia. PWR sú najpoužívanejšími reaktormi: v súčasnosti ich je v prevádzke 279.

Klikni pre zväčšenie: Schéma VVER reaktora

Medzi reaktory typu PWR patrí aj ruská verzia vodo-vodný energetický reaktor VVER, pričom 4 tieto reaktory Enel prevádzkuje na Slovensku v elektrárňach BohuniceMochovce. Od západných reaktorov sa v podstate líši iba odlišnou inžinierskou architektúrou, primárny okruh tvorí 6 slučiek, čiže šesť cirkulačných potrubí so šiestimi samostatnými parogenerátormi, usporiadanými okolo reaktora vodorovne.

Okrem troch už spomenutých typov boli tiež vyvinuté dva ďalšie: na vysokoteplotný plyn, z ktorého sa postavilo niekoľko prototypov v USA, Nemecku, Veľkej Británii a Japonsku a množivý alebo tzv. rýchly typ (FBR – Fast Breeder Reactor), z ktorého sa postavilo desať prototypov (USA, Francúzsko, Veľká Británia, Nemecko, Japonsko a bývalý ZSSR) a jedna veľká elektráreň Superfénix s výkonom 1 200 MW, ktorú uviedli do prevádzky vo Francúzsku v roku 1986 a definitívne zatvorili v roku 1996. Momentálne v Európskej únii nie je prevádzkovaný ani jeden rýchly množivý reaktor.

Vývoj reaktorov

Takmer všetky komerčne prevádzkované reaktory sú založené na jednom zo základných vodou chladených prevedeniach, ako je uvedené vyššie. Avšak, pokročilé alebo tzv. reaktory Generácie III sú využívané v stavbe nových blokov a súčasných rozvojových plánoch. Väčšina reaktorov Generácie III je väčšia ako ich predchodcovia a ich výkon je viac ako 1000 MW.

Ich projekt je založený na poznatkoch a prevádzkových skúsenostiach získaných za pol storočie prevádzky  predchádzajúcich jadrových zariadení:

  • zvýšenie bezpečnosti, efektívnosti paliva, prevádzkových cyklov a výkonovej kapacity,
  • zníženie kapitálových a prevádzkových nákladov,
  • zníženie množstva rádioaktívnych odpadov.

V rovnakej dobe prebiehal súbežne aj vývoj malých, modulárnych reaktorov (SMRs), vhodnejších na nižší dopyt, vo viac izolovaných lokalitách a so skromnejšími rozpočtami. Malé reaktory sú navrhnuté tak, aby vyrábali do 300 MW elektriny a majú rôznorodé technológie. Najpokročilejšie sú vo vývoji spoločnosťami v USA, Rusku, Číne, Francúzku, Argentíne a Južnej Kórei.

Aj napriek tomu, že reaktory Generácie III sa pomaly dostávajú do prevádzky, jadroví vedci z celého sveta spoločne pracujú na konštrukcii reaktorov Generácie IV. Momentálne sa skúma šesť koncepčných návrhov. Avšak, bude to trvať niekoľko desiatok rokov, pokým sa aj tie najsľubnejšie návrh(y) dostanú do testovacej fázy.