MBIR revoluce ve výzkumných reaktorech

Přípravy nejvýkonnějšího rychlého výzkumného reaktoru jsou v plném proudu. Vědcům se otevírají nové dveře v oblasti ozařování paliv a jeho následného zkoumání.   

Po celém světě je na 160 reaktorů sloužících výzkumu, avšak jen několik z nich patří do kategorie rychlých reaktorů, v níž je spatřována budoucnost jaderné energetiky. Většina rychlých výzkumných reaktorů v současnosti dosluhuje a má přibýt snad jen jediný, kterým je ruský MBIR. Jde o reaktor zajímavý svým výkonem, neboť se stane nejvýkonnějším rychlým výzkumným reaktorem na světě, a zároveň mezinárodní účastí, protože má společně s ním vzniknout velké mezinárodní výzkumné centrum. Pojďme se tedy podívat na tento zajímavý reaktor blíže.

Konstrukce reaktoru MBIR

Reaktor MBIR navazuj na výzkumný reaktor BOR-60, který od svého spuštění v roce 1969 představuje klíčové zařízení pro výzkum v oblasti testování paliva a konstrukčních a absorpčních materiálů pro pokročilé jaderné reaktory. MBIR má za úkol vystřídat sodíkový reaktor BOR-60, kterému končí licence v roce 2020, a inovovat jeho technologie. Půjde o rychlý reaktor o výkonu 150MW, který bude chlazen třemi smyčkami s různými chladivy: sodíkem, olovem a plynem. Bude unikátní i z hlediska výkonu, neboť dnes se u vědeckovýzkumných reaktorů pohybuje v řádech desítek megawattů.

Provozní teploty by se měly pohybovat mezi 330-512 °C, pro představu na tlakovodních reaktorech, k nimž patří i české Dukovany a Temelín, se teplota chladiva v aktivní zóně pohybuje kolem 300 °C. Samotný reaktor je tvaru válcové vertikální nádoby s průměrem 2,5 m a výškou 11,6 m. Životnost je garantována na 50 let. Projektováním nového reaktoru se zabývá společnost Atomprojekt, patřící do ruské korporace pro jadernou energii Rosatom.

Palivem bude směs oxidu uranu a plutonia, palivo jinak známé jako VMOX. Zkratka VMOX pochází z anglického slova vibropacked MOX fuel. Jedná se o ruskou variantu paliva MOX, jejímž vývojem se zabývají podniky palivové společnosti TVEL, která dodává palivo i pro české jaderné reaktory. Obohacení paliva bude dosahovat 38 %, ale reaktor může pracovat i při nižším obohacení. Palivo se bude vyrábět přímo na místě v ústavu NIIAR, který se v rámci Rosatomu zabývá výzkumem jaderných reaktorů.

Reaktor bude mít 15 týdenní palivový cyklus. Aktivní zóna reaktoru bude složena z 94 hexagonálních kazet a každá z nich z 91 palivových článků s palivem MOX a průměrem 6 mm. Reaktor má záporný teplotní koeficient reaktivity, což zlepšuje bezpečnost provozu reaktoru. Znamená to, že pokud dojde na zahřátých palivových souborech k úbytku sodíku, reaktivita poklesne a stejně tak i výkon reaktoru. Systémy řízení reaktoru jsou schopny tento efekt potlačit, ale vývoj nových reaktorů kráčí směrem k inherentní bezpečnosti. Za tímto pojmem se skrývá to, že některé typy vážných nehod jsou vyloučeny již z principu fungování reaktoru.

Půjde především o vědecko-výzkumný reaktor, ale i přesto má vyrábět elektřinu a teplo. Projekční ústav Atomprojekt dostal za úkol vyvinout malý reaktor, na němž bude prováděno ozařování vzorků a jiné vědecko-výzkumné činnosti a který zároveň bude zásobovat výzkumný ústav NIIAR elektřinou a teplem. Celkový výkon tohoto paroturbinového bloku činí 60 MWe, což je v porovnání s výkonem Temelínské strojovny (1055 MWe) zanedbatelný výkon, ale pro účely zásobování výzkumného ústavu je více než dostatečný.

Pro usnadnění představy o reaktoru MBIR se nabízí srovnání s českými výzkumnými reaktory. Česká republika má celkem 3 výzkumné reaktory. Jeden je v Praze v Holešovičkách a slouží pro výuku. Patří pod Fakultu jadernou a fyzikálně inženýrskou ČVUT. Nese označení VR-1 Vrabec a jedná se o reaktor nulového výkonu. Zvláštností tohoto reaktoru je, že lze přímo vidět aktivní zónu za běhu reaktoru. Další dva reaktory jsou v Řeži u Prahy a v ústavu ÚJV slouží pro výzkum v rozmanitých oblastech a pro výrobu lékařských radioizotopů. Jedná se o LVR-15 a LR-0. Pro srovnání jejich tepelný výkon dosahuje 10 MW, respektive 5 kW v případě LR-0, což je v porovnání s MBIR zanedbatelné.  Z vědeckého hlediska ale nejsou tato čísla příliš důležitá a jde spíše o podmínky, jaké v aktivní zóně panují – intenzita neutronového toku apod.

Význam reaktoru MBIR

Jak již bylo napsáno, reaktor bude unikátní právě díky výkonnosti. Díky vysokému neutronovému toku v aktivní zóně zde bude možné ozařovat nové palivo a sledovat jeho vývoj ve velkém neutronovém toku. Také zde má probíhat využívání látek z použitého jaderného paliva, výzkumy nových paliv, výzkumy a použití nových izotopů pro nejrůznější účely a využití svazku neutronů v medicínských aplikacích. Pokud bychom srovnávali stávající reaktor BOR-60 s MBIR, roční ozařovací kapacita MBIR je téměř čtyřnásobná.

Společnost Rosatom se snaží vytvořit konsorcium na vybudování reaktoru a pozdější provozování a stanovení náplně výzkumných prací. Členové mohou přispět jak peněžně, tak i materiálně. Rosatom se tak snaží částečně zajistit financování stavby a provozu reaktoru MBIR z jiných než vlastních zdrojů. Ačkoliv by myšlenka ziskového reaktoru byla velmi příjemná, je to také velmi utopická představa, neboť většina výzkumných reaktorů je financována státními společnostmi. Alexander Tuzov, ředitel společnosti NIIAR a projektu MBIR, sdělil, že počítají s variantou, že náklady se vyrovnají ziskům.

Průběh projektu

Vědeckovýzkumný ústav jaderných reaktorů NIIAR získal 8. května 2015 od federální služby pro ekologický, technologický a jaderný dohled stavební licenci na 10 let pro reaktor MBIR. Byla zahájena příprava staveniště, takže zde vznikají nové silnice pro transport komponent a infrastruktura pro stavební personál.

Celkové náklady na stavbu tohoto reaktoru jsou odhadovány na 21,9 miliardy korun, Rusko již nyní rezervovalo v přepočtu přibližně 6,6 miliardy korun na stavbu tohoto projektu. Rosatom nabízí využití reaktoru zajímavým způsobem, takže se společnosti, které chtějí v budoucnu s reaktorem pracovat, mohou do projektu zapojit již nyní ve fázi projektování a ovlivnit tak konstrukci aktivní zóny, ozařovacích kanálů a zázemí pro výzkumníky. Alexander Tuzov zdůrazňuje, že tyto nabídky nejsou jen snahou o zajištění financování projektu, ale jejich cílem je, aby pozdější provozovatelé byli co nejvíce spokojeni s reaktorem a výzkumnými laboratořemi.

Jelikož je na světě rychlých výzkumných reaktorů nedostatek, je o tento projekt poměrně velký zájem. Reaktor MBIR se tak může stát základem pro mezinárodní spolupráci při výzkumu na rychlých reaktorech. Součástí areálu v Dimitrovgradu bude reaktor, výrobna paliva a řetěz horkých komor pro zkoumání ozářeného paliva.

V projektu je také patrna účast českých společností. Uherskobrodská společnost EGPI dostala za úkol vypracovat model strojovny pro reaktor MBIR a v roce 2013 předala projekt zadavatelům. Celková cena zakázky by činila 2,5 milionu euro, což při dnešním kurzu vychází přibližně na 67 milionů korun.

Zdroje:

Atominfo.cz

ARIS.IAEA.org

World-nuclear.org