Energetické reaktory

Model jaderného reaktoru VVER 1000 v Informačním centru JE Temelín

Jaderný reaktor je zařízení, které umí vyvolat, udržovat a řídit řetězovou štěpnou reakci. Spoutává nesmírnou sílu jaderné energie a umožňuje ji kontrolovat a ovládat, aby sloužila a přinášela užitek. Každá z komponent reaktoru má svou úlohu. Z těch hlavních to jsou: palivo, moderátor, absorbátor a chladivo, které bude odvádět teplo vzniklé při štěpení jader. Podle druhu a konfigurace těchto komponent se reaktory rozdělují na mnoho různých typů.

Část reaktoru, do které se vkládá palivo a kde také probíhá štěpná reakce, se nazývá aktivní zóna. Palivové proutky jsou chráněné povlakem ze speciální slitiny, nejčastěji na bázi zirkonia, která zaručí předání tepla z paliva chladivu a zároveň nepropustí vzniklé radioaktivní štěpné produkty. U některých typů reaktorů je palivo ve formě koulí, které se volně spouštějí do aktivní zóny.

Pohled do reaktorové nádoby, ve které se nachází aktivní zóna s jaderným palivem

Moderátor

Moderátorem (zpomalovačem) bývá u reaktoru, kde štěpení obstarávají pomalé neutrony, nejčastěji voda, ale také grafit nebo těžká voda (D₂O). U reaktorů, které pracují na bázi rychlých neutronů (štěpitelným izotopem je uran ²³⁸U nebo plutonium), moderátor chybí.

Model palivové kazety s trubkami, ve kterých se pohybuje skupina regulačních tyčí z oceli legované některým z absorbátorů

Absorbátor

Absorbátor se do aktivní zóny vkládá také ve formě tyčí, podobně jako palivo. Palivové kazety někdy mívají dvě části – v dolní je palivo, v horní absorbátor. Výkon reaktoru se pak reguluje výškou vytažení nebo zasunutí kazet do aktivní zóny. Pro případ okamžitého zastavení výkonu reaktoru jsou připraveny havarijní tyče. V nich bývá mnohem vyšší koncentrace absorbátoru než v tyčích regulačních.

Havarijní tyče jsou vysunuty nahoru nad aktivní zónu, kde drží pomocí elektromagnetů. V případě potřeby havarijní signál vypne elektromagnety a tyče spadnou volným pádem do aktivní zóny, čímž štěpnou reakci zastaví. U některých reaktorů se dokonce tyče do aktivní zóny vstřelují, takže jejich zásah je ještě rychlejší. Absorbátor někdy bývá přítomen přímo v chladivu – u tlakovodních reaktorů se používá kyselina boritá. Její množství v chladivu se dá snadno regulovat a tím regulovat počet neutronů účastnících se štěpné reakce.

Nejlevnějším a nejčastěji používaným chladivem v jaderné energetice je obyčejná voda

Chladivo

Chladivem je médium, které odvádí teplo tam, kde ho můžeme využít. Štěpící se materiál je potřeba neustále ochlazovat, aby nedošlo k roztavení povlaku na palivovém proutku a úniku štěpných produktů. Jako chladivo se nejlépe osvědčuje obyčejná voda, těžká voda, oxid uhličitý, helium, sodík a některé soli nebo slitiny. Reaktory mívají jeden nebo více chladicích okruhů.

Transport tlakové nádoby reaktoru v průběhu výstavby Jaderné elektrárny Temelín

Reaktor s tlakovou nádobou

Používá se tam, kde objem paliva je přibližně stejně velký jako objem moderátoru. Reaktorová nádoba je vyrobena ze speciální nerezavějící ocele, váží několik set tun, průměr bývá okolo 7 metrů a výška až 23 metrů.

Reaktor s nádobou ze železobetonu

Při konstrukci jaderných reaktorů používajících ke zpomalování neutronů grafit by pro vyšší výkony musely reaktorové nádoby být takových rozměrů, že by se prakticky nedaly vyrobit ani převézt na místo stavby elektrárny. Proto se reaktorové nádoby budují přímo na staveništi ze železobetonu. Vnitřní rozměry takových železobetonových nádob dosahují desítek metrů. Jsou velmi odolné proti tlaku, tzn. i velmi bezpečné.

Reaktor s tlakovými trubkami

Je vhodný v případech, kde objem moderátoru je mnohem větší než objem paliva. Palivo je umístěno v trubkách obklopených bloky moderátoru a celý systém je uzavřen v betonové budově.

8