Vzhledem k tomu, že se ve veřejném prostoru točí spousta dezinformací, neuškodí si říct několik základních informací o palivovém cyklu jaderné elektrárny (JE).
Po vytěžení uranové rudy v povrchovém nebo hlubinném dole se uranová ruda zpracovává na uranový koncentrát. Ruda se rozdrtí na prach a rozemele na jemný prášek. Do jemného prášku se přidávají chemické látky, které způsobí reakci, při níž se uran oddělí od ostatních minerálů.
Podzemní voda z roztokových důlních provozů cirkuluje přes pryskyřičné lože, aby se uran extrahoval a koncentroval. Navzdory názvu je koncentrovaný uranový produkt obvykle černá nebo hnědá látka zvaná žlutý koláč (U3O8). Z vytěžené uranové rudy se obvykle získávají až dvě kila U3O8 na tunu rudy, tedy 0,05 % až 0,20 % žlutého koláče. Pevný odpadní materiál z jámové a podzemní těžby se nazývá mlýnská hlušina. Zpracovaná voda z těžby roztokem se vrací do zásobníku podzemních vod, kde se proces těžby opakuje.
Dalším krokem v jaderném palivovém cyklu je přeměna žlutého koláče na plynný hexafluorid uranu (UF6) v konvertorovém zařízení. V přírodě se vyskytují tři formy (izotopy) uranu: U-234, U-235 a U-238. Současné konstrukce jaderných reaktorů vyžadují pro efektivní provoz silnější koncentraci (obohacení) izotopu U-235. Plynný hexafluorid uranu vyráběný v konvertorovém zařízení se nazývá přírodní UF6, protože původní koncentrace izotopů uranu se nemění.
Po konverzi se plyn UF6 posílá do obohacovacího závodu, kde se jednotlivé izotopy uranu oddělují a vzniká obohacený UF6, který má 3 až 5 % koncentraci U-235. Zde je pak zásadní rozdíl oproti obohacení určeném pro výrobu zbraní, kde je potřeba přes 80 %.
Obecně se používají dva typy obohacování uranu: plynná difúze a plynová odstředivka. Obohacený UF6 se uzavírá do kanystrů, kde se nechá vychladnout a ztuhnout a poté se vlakem, nákladním automobilem nebo člunem přepravuje do závodu na montáž paliva do jaderného reaktoru.
Nové technologie obohacování, které se v současné době vyvíjejí, jsou laserová separace izotopů v atomových parách (AVLIS) a molekulární laserová separace izotopů (MLIS). Tyto laserové procesy obohacování mohou dosáhnout vyšších počátečních faktorů obohacení (separace izotopů) než difuzní nebo odstředivé procesy a mohou produkovat obohacený uran rychleji než jiné techniky.
Jakmile je uran obohacen, je připraven k přeměně na jaderné palivo. V zařízení na výrobu jaderného paliva se UF6 v pevném stavu zahřívá na plynnou formu a poté se plynný UF6 chemicky zpracovává na práškový oxid uraničitý (UO2). Prášek se pak stlačuje a formuje do malých keramických palivových pelet. Pelety se skládají na sebe a uzavírají do dlouhých kovových trubek o průměru asi 1 cm, které tvoří palivové tyče. Palivové tyče se pak spojí do palivového souboru.
V elektrárně Dukovany jsou palivové soubory obsazeny 126 proutky a v Temelíně jich je 312. Jakmile jsou palivové soubory vyrobeny, jsou pak dopraveny do konkrétní elektrárny. Palivové soubory se skladují na místě v zásobnících čerstvého paliva, dokud je provozovatelé reaktorů nepotřebují. V této fázi je uran jen mírně radioaktivní a veškeré záření je v podstatě obsaženo v kovových trubkách.
Obvykle provozovatelé reaktorů vyměňují každých 12 až 24 měsíců přibližně třetinu aktivní zóny reaktoru. Aktivní zóna reaktoru je válcovité uspořádání palivových souborů s šetiúhelníkovou základnou, které je uzavřeno v ocelové tlakové nádobě se stěnami silnými několik centimetrů. Aktivní zóna reaktoru nemá v podstatě žádné pohyblivé části s výjimkou malého počtu regulačních tyčí, které se vkládají za účelem regulace štěpné reakce. Umístěním palivových souborů vedle sebe a přidáním vody se spustí jaderná reakce.
Po použití v reaktoru se palivové soubory stávají vysoce radioaktivními a musí být vyjmuty a několik let skladovány pod vodou v místě reaktoru v bazénu vyhořelého paliva. I když štěpná reakce ustala, vyhořelé palivo nadále vydává teplo z rozpadu radioaktivních prvků, které vznikly při štěpení atomů uranu. Voda v bazénu slouží k chlazení paliva a zároveň blokuje uvolňování záření.
Během několika let se vyhořelé palivo v bazénu ochladí a může být přemístěno do suchého kontejneru v areálu elektrárny. Mnoho provozovatelů reaktorů skladuje své starší vyhořelé palivo v těchto speciálních venkovních betonových nebo ocelových kontejnerech s chlazením vzduchem.
Posledním krokem v jaderném palivovém cyklu je shromáždění vyhořelých palivových souborů z dočasných úložišť ke konečnému uložení v trvalém podzemním úložišti. Některé státy (např. Francie) pak vyhořelé palivo dále přepracovává pro opětovné použití, zhruba v poměru 8:1.
Je důležité si uvědomit míru kontroly ve všech fázích celého cyklu, kde jakékoli zneužití jaderného materiálu je nemyslitelné. Přes takzvaný systém záruk je každý gram štěpného materiálu kontrolován a hlídán. Pokud narazíte na zaručené informace o zneužití jaderného paliva, mějte toto na paměti a přistupujte k takové informaci více než skepticky.“
Dede: Pokud máte obecně či v souvislosti s aktuální mezinárodní situaci dotazy týkající se, abych tak řekla, jaderných záležitostí, ptejte se. Marek slíbil, že se pokusí průběžně nakouknout a dotazy zodpovědět.
tohl ejsem pochopila, je fajn, číst i věci o jádru bez ztracení se v druhém souvětí… ale jednu otázku mám… Když čtu o odstavení Černobylu- prý ho odstavili rusáci…mám se bát? (nehrozí nám všem něco?)
Nehrozí nám vůbec nic. To palivo které tam je, je už velmi staré a nepředstavuje žádné větší riziko.
A Záporoží? Nám asi nic, ale jakou paseku by to mohlo udělat na UA?
Tam také nehrozí nic zásadního. Ty reaktory znám velmi dobře a cokoli s tím udělat aby to představovalo ohrožení pro širší okolí je opravdu hodně tvrdý oříšek.
Donutím obsluhu reaktory odstavit, vysaju naftu generátorům a odpálím vedení?
Když odpálím vedení za plného provozu, tak se ta elektrárna umí nějak uřídit sama?
Ano. Spadnou tyče a výkon klesá velmi rychle. To nejhorší co se stane je, že poškodíte některé proutky. Nic katastrofálního. A vše je plně automatizované.
Dobře, ale co ta první varianta? Odstavit reaktory jistě lze, kontrolovaně, pak se ale počítá s dodávkami energie pro chlazení reaktorů i vyhořelého paliva zvenčí, ne? A když po tom odstavení zlikviduju to vedení, nebude z toho další Fukušima? A pokud ano – ve Fukušimě se zasahovalo hned jak to šlo, chladilo,… Co když to všechno zastavím, odstříhnu a nikoho tam nepustím? Třeba měsíc?
Pak dojde k tomu co jsem psal, poškodí se částečně palivo v zóně, ale tím to skončí. Je skutečně nutné si uvědomit, že reaktory na Ukrajině nejsou stejné, jako ty ve Fukušimě.
OK, díky za odpověď.
Taky mne leckdy napadá jak je daleko výzkum s využitím těch malých JE,už jsem kdysi četla něco od Marka v tom smyslu nebo od Tebe,nevím,zajímám mne to. Za dnešní článek děkuji!
Jsem rád, že se krátký článek líbil 🙂
Ja bych se zeptal na nekolik otazek:
1) Cernobyl – chapu, ze to byla jina technologie, nez se pouziva ted, ale jaky byl nejhorsi scenar? Opravdu by pri vybuchu byl zivot v Evrope znemoznen?
2) Muze soucasne jaderne elektrarny nepritel zneuzit jako zbran – privest je k vybuchu? Jaky je nejhorsi mozny scenar?
3) Pokud dojde k vybudovani dalsich jadernych elektraren k nahrazeni fosilnich paliv, jake jsou odhadovane zasoby uranu na zemi a kolik ho lze ekonomicky vyuzit?
4) Muze byt uran nahrazen,a cim napr. thoriem? Co tomu brani?
3) Jak je to s palivem v malych modularnich reaktorech? Kolik se ho vyprodukuje ve srovnani s existujici technologii? Nevzrostlo by s jejich rozsirenim riziko pouziti vyhoreleho paliva jako spinave bomby?
Diky predem za odpovedi!
Dobrý den,
1) nejhorší scénář se v zásadě stal, kdy 40t víko reaktoru proletělo střechou bloku a rozmetalo aktivní zónu po celém okolí. Byl to celkově velmi špatný design elektrárny, která sloužila spíše jako výrobna plutonia, než jako energetický reaktor.
2) současné reaktory ani v nejhorším scénáři nemohou explodovat – nemají jak. To nejhorší co se může stát je roztavení aktivní zóny (což útokem je v zásadě nemožné) a i tak by to znamenalo kontaminaci blízkého okolí (v rámci tzv. zóny havarijního plánování.) Ovšem na rozdíl od Černobylu by byl efekt především lokální, ne globální.
3) uranu je na zemi obrovské množství a vzhledem k tomu jak efektivně je využíván, jeho nedostatek nehrozí.
4) využití thoria by vyžadovalo nasazení tzv. rychlých reaktorů. Obecně problém s nimi je pak vysoká produkce plutonia, což představuje bezpečnostní riziko a jsou na to přísné limity. Obecně samotná technologie představuje více rizik, než užitku.
5) využití vyhořelého paliva pro špinavé bomby je velmi nepraktické vzhledem k tomu, jak složitě se s vyhořelým palivem nakládá. Jen čistě fyzická manipulace s ním vyžaduje značnou překážku ke zneužití. Malé modulární reaktory obecně budou využívat palivo v obdobném formátu, jako dnešní reaktory. Ovšem protože budou mít nízkou hustotu výkonu, budou schopny na jednu vsázku být v provozu až 5 – 7 let. Tedy množství paliva na lokalitu bude velmi nízká.
Dekuji!
Super článek, napsaný naprosto srozumitelně i pro naprosté laiky (což většina společnosti je). A stejně jako ostatní mne velice zajímají ty „domácí JE“ 🙂 . Myslím si, že je to jedna z velmi reálných možností, jak vybruslit z energetické krize. Navíc vím, že tady máme na ně odborníka na slovo vzatého, takže též prosím Marka o článek. Děkuju.
Něco zkusím sepsat, ale já a Češtin… 🙂
já, ač jsem stará tak se připojuji a děkuji za srozumitelný článek.
Děkuji Markovi i Dede za vhled do problému jaderných elektráren. V civilizované společnosti prostě probíhá kontrola a je to v pořádku. Podle mě se Němci s ukončením provozu jaderných elektráren těžce přepočítali a měli by situaci přehodnotit. To, co teď napíšu rozhodně není proti jaderným elektrárnám, protože momentálně moc jiných rozumných možností na výrobu elektřiny ani nemáme. Je to jen zamyšlení a doufám, že při projektování a stavbě nových JE se všechny možnosti berou v úvahu, aby byly opravdu bezpečné.
Bohužel vidím různé hrozby, z nichž se mnohým dá určitě vyhnout. Například docela chápu Itálii, že na svém seizmicky velmi aktivním území atomovky nechce. Nevím, kde by se zrovna na Apeninském poloostrově, kde se sráží africká a evropská deska, daly vybudovat bezpečné atomovky. Také příklad Fukušimy je odstrašující, takže pobřeží moří také evidentně není ideální lokalita. Koneckonců i Japonsko je vyhlášené seizmickou činností, protože se nachází v tzv. ohnivém kruhu. Ale oni, snad kromě té Fukušimy, ty elektrárny postavit správně dokázali. A nevhodných míst je zcela určitě mnoho.
Další problém je šlendrián, nekvalifikovanost a domnění, že se nemůže nic stát. To jsme viděli nejlépe v Černobylu, ale zrovna minulý týden jsem na jednom dokumentárním kanálu částečně sledovala průšvih v jaderné elektrárně v UK někdy v 50. nebo 60. letech (nemám to po ruce, abych si to přesně ověřila). Prostě lidi jsou od toho, aby dělali chyby a podceňovali situaci. Ano, určitě bylo přijato mnoho postupů, aby se podobná katastrofa neopakovala a personál JE je jistě mnohem opatrnější než kdysi. Ale náhoda je blbec, že…
A teď dokonce vidíme i vydírání Ukrajiny a vlastně minimálně Evropy jednou mocností, tedy Ruskem, obsazením jaderné elektrárny v ukrajinském Záporoží a v Černobylu. Evidentně mají v plánu obsadit i další ukrajinské JE. Mám dojem, že od otevřeného bombardování bloků je odradil jen strach, že jaderný mrak by mohl jít i k nim. Ale můžeme věřit zfanatizovaným poddaným Putlera? Bojím se, že toto nakonec bude ta největší hrozba – zfanatizovaní a naprosto nekvalifikovaní lidé, kterým je všechno jedno a kteří nejsou schopni vnímat možnost totálního průšvihu.
Jenže momentálně opravdu moc jiných možností nemáme, tedy pokud nechceme svítit loučemi, psát husím brkem a počítat na dřevěném počítadle. Ale to by za chvíli došlo i to dřevo.
Tohle by hodně vyřešily ty malé reaktory – jsou poměrně „blbuvzdorné“ a odolné. Pokud vím, už i na MPO to berou vážně – možná právě válka uspíší jejich vývoj.
Pokusím se Marka přesvědčit, aby nám o nich napsal – laicky 😛
To by bylo fajn. Já rozhodně žádné odborné litanie plné fyzikálních vzorečků přes celou stránku nepotřebuji. 🙂
Dobrý den,
Obecně vás mohu asi hlavně uklidnit. Z hlediska zemětřesení právě Fukušima ukázala, jak skvěle jsou jaderné elektrárny stavěny – protože samotné zemětřesení nezpůsobilo v zásadě žádnou citelnou škodu. Ta havárie vznikla zaplavením diesel generátorů, které měly dodávat energii pro odvádění zbytkového tepla. Tam jsme se pochopitelně již poučili a míra bezpečnostních systémů po Fukušimě zásadně narostla. V Itálii pak jaderné elektrárny mohou být naprosto bez problému, pouze tomu stojí v cestě strach.
Otázka šlendriánu je naštěstí také irelevantní. Samotná elektrárna je koncipována tak, aby procesy vedoucí k zabránění úniku do okolí nevyžadovalo lidský vstup. Veškeré akce operátprů pak především zmírňují dopad na samotnou elektrárnu, aby ochránili technologie před zničením. Ovšem to hlavní se děje automaticky. Dnes jsme na takové úrovni, kdy i kdybyste byla operátor, tak vědomě té elektrárně uškodit nedokážete. Ty systémy vás jednoduše nepustí.
Co se týče fyzické ochrany (to co vidíme na Ukrajině) je také do jisté míry ukázka toho, že žádné velké nebezpečí nehrozí. Abyste způsobila jadernou havárii pomocí munice, potřebovala byste něco ráže jaderné bomby – a pak už je zbytečné mířit na elektrárnu. Je důležité si říct, že mezi palivem a okolím stojí železobetonová konstrukce stavená na to, aby odolala nárazu stíhačky. Potom je samotný reaktor usazen v betonové kopce a jedná se o několik centimetrů tlustý ocelový „bunkr.“ Těžko se přichází s lepší ochranou.
Obecně se k bezpečnosti jaderných zařízení přistupuje dnes tak, že neuvažujete jak by mohla těžká havárie nastat (tavení aktivní zóny), ale vy předpokládáte že nastala, a teď to musíme umět vyřešit. A moderní současné reaktory toto řešit umí. Je třeba zdůraznit, že reaktor ve Fukušimě byl stavěn v roce 1967 a přesto být ty diesel generátory o 5 metrů výš, nestalo by se vůbec nic. Za těch 55 let jsme se už lecos naučili. 🙂
Díky za skvělé a dlouhé vysvětlení. Je fajn, když problém (skutečný nebo hypotetický) rozebere někdo, kdo o něm také něco ví. 🙂
to už popisovala Dana Drábová, že to odolá stihačce Suchoj…ale to jsou útoky zvenku..co když to přijde zevnitř?
Tenhle text Marek napsal jako odezvu na… jak to nazval… otevření jaderné fakulty Vysoké školy života, tedy na spoustu spekulací vydávaných za fakta, které se objevily poté, co Rusko zaútočilo na jadernou elektrárnu.
S tím, koho mám doma, jsem hodně věděla, ale takto uceleně to čtu poprvé. Díky za to 🙂
Doufám, že z téhle krize vyjde Evropa kapku moudřejší, pokud jde o využívání jaderné energie. Je to v podstatě čistý zdroj a pokud by se začaly skutečně ve větších množstvích vyrábět malé reaktory, neměla by jejich stavba a použití znamenat ekonomické strašidlo nekonečně dlouhé a stále se prodražující výstavby, jako tomu je u velkých elektráren. Uvidíme.
Proutky? fakt se to jmenuje proutky? Ze školy mám zafixované ty tyče… ale proutky jsou takové no, milé 🙂
mozna regulacni tyce?
Ebonitové tyče?! 🙂 🙂 🙂
😀
Quo Vadis s tou tyčí?? 🙂
K tomu proutku… V elektrárně Dukovany jsou palivové soubory obsazeny 126 proutky a v Temelíně jich je 312.
Jo,jasně, já myslela Ygu s tím ebonitem
za liščím chvostem. 🙂