Tento typ reaktoru se jmenuje anglicky Pebble Bed Reactor (PBR); česky mu říkáme reaktor s kulovým ložem. Palivo tvoří koule o velikosti tenisových míčků z menších kuliček paliva TRISO . To je zkratka pro tristructural-isotropic, tedy třístrukturové izotropní palivové prvky.
Ve své podstatě je to kulička s jádrem z oxidu uranu nebo karbidu uranu, obalená čtyřmi vrstvami porézního uhlíku. Pak následuje hustá vnitřní vrstva pyrolytického uhlíku a nakonec zapouzdření v podobě karbidu křemíku. Toto zapouzdření je velmi důležité, protože udrží kuličku pohromadě i při velmi vysokých teplotách (až 1 600 °C), takže nemůže dojít ke spečení paliva. Tyto kuličky se potom umístí do dalšího uhlíkového obalu a vytvoří jeden oblázek, který už patří přímo do reaktoru.
Koncepce oblázkového reaktoru není nová, do praktického použití ji dotáhli už v roce 1960 v Německu v podobě reaktoru AVR. Duchovním otcem technologie je Rudolf Schulten, ovšem komerčního uplatnění se v Německu tento typ reaktoru nedočkal. Trpěl celou řadou konstrukčních problémů a též politické prostředí, v němž začínali dominovat odpůrci atomové energie, přispělo k tomu, že další vývoj převzala pod svoje křídla Jihoafrická republika.
Na přelomu století se do projektu přidala Čína, která má všeobecně nadstandardní vztahy s celou řadou afrických zemí. V roce 2003 na univerzitě v Tsighua dokončili stavbu 10MW prototypu HTR-10.
Letos Čína oznámila stavbu prvního reaktoru IV. generace. Tak to označují čínská média, přesnější by bylo označení pokročilý reaktor s prvky IV. generace. Bude odvozený z typu HTR-10 a vyroste v zátoce Shi-dao poblíž města Rong-cheng. Má se jednat o projekt téměř za 500 miliónů dolarů, v jehož rámci mají být postaveny dva 100MW reaktory chlazené héliem s pracovní teplotou 750 °C.
Jedná se první reaktory s prvky IV. generace na světě, což jenom potvrzuje ambice, které v této oblasti Čína má. Na rozdíl od zbytku světa nemusí zase až tolik řešit problémy s protiatomovými náladami, které po havárii ve Fukušimě cloumají světovým míněním.
Reaktor není při výměně tenisáků nutné vypínat
Reaktor PBR patří do rodiny vysokoteplotních reaktorů. Jejich výhodou je práce při teplotách okolo 1000 °C, což umožňuje využít teplo z reaktoru nejenom pro výrobu elektřiny, ale též přímo v chemickém průmyslu, například pro štěpení vody na kyslík a vodík, tedy pro výrobu vodíku. Ale i pro výrobu elektrické energie dosahuje jeho účinnost 40%.
Jako moderátor u PBR slouží grafit. Do této rodiny patří ale i množivé rychlé reaktory, kde je například palivo přímo rozpuštěno v chladícím médiu. Chladivem potom může být hélium nebo zkapalněné soli sodíků či fluoridu. Fluorid je vhodný pro rozpuštění paliva, například v podobě fluoridu uraničitého nebo trifluoridu plutonitého.
Vzhledem k tomu, že se jedná o nově navrhované reaktory, jsou pro ně charakteristické prvky pasivní bezpečnosti, tedy že při nečekané poruše není potřeba externích zdrojů energie pro chlazení. Reaktor se bezpečně odstaví sám na základě fyzikálních procesů. Porovnejme to s Fukušimou, zde zařízení elektrárny přestálo zemětřesení i následnou tsunami, reaktory se automaticky odstavily. Ale došlo k poškození záložních dieselových agregátů pro nouzové chlazení a také byla poničena elektrická přenosová síť, takže reaktory nebylo jak chladit. K podobné situaci by u reaktorů III+ a IV. generace už nemělo dojít.
Tím, že jeho palivo reaktoru PBR tvoří „tenisáky“, není ho potřeba pro výměnu paliva odstavovat. Výměna může probíhat za chodu, jak je to naznačeno na tomto obrázku:
Vysokoteplotní reaktory jsou výzvou pro konstruktéry. Oříškem je především reaktorová nádoba, která musí odolávat vysokým teplotám, silnému toku neutronů a také vysoce korozivnímu prostředí v případě použití chlazení kapalnými solemi.
V této souvislosti je vhodné zmínit přínos České republiky. České podniky v úzké spolupráci s Ústavem jaderného výzkumu v Řeži vyvinuli materiál MoNiCr, který může hrdě konkurovat ve světě používané slitině označované jako Hastelloy.
Thorium, uran… všechno máme
V příštím díle se podíváme na další oblast jaderné energetiky – na rychlé množivé reaktory. Vyrobí více paliva, než spálí, a mohou tak sloužit jako zdroj paliva pro klasické reaktory. Velmi zajímavé je jejich použití v rámci thoriového cyklu, tedy pro přeměnu thoria Th232 na štěpný izotop uranu U233.
Ovládnutím této technologie bychom získali levný a spolehlivý zdroj energie na tisíce let, protože thorium je v zemské kůře hojným prvkem. Ale i uranu máme na pevnině zásoby minimálně na stovky let a potom jej můžeme těžit z mořské vody, kde je ho rozpuštěno jenom těžko představitelné množství. Vše je pouze otázkou ceny, která se odvíjí od konkurenceschopnosti takto vyrobené energie v porovnání s ostatními. A tady ještě velmi míchá kartami těžba břidlicového plynu.
