První českou jadernou elektrárnu, Jadernou elektrárnu Dukovany, najdeme na jižní Moravě asi 30 km jihovýchodně od Třebíče. S přípravami výstavby se začalo v roce 1974, poslední ze čtyř 440MW bloků byl uveden do provozu v roce 1987. Dnes patří mezi nejefektivnější energetické zdroje Skupiny ČEZ. Vyšší pořizovací náklady jsou vyváženy nízkými provozními náklady. Za dobu svého provozu se elektrárna již více než dvakrát zaplatila.

Velkým přínosem Jaderné elektrárny Dukovany, stejně jako všech ostatních jaderných elektráren na světě, je skutečnost, že neemituje CO₂, což je vzhledem k oteplování naší planety neocenitelnou předností. Pokud k tomu připočítáme průběžné zlepšování provozních ukazatelů, dlouhodobě stabilní provoz, spolehlivost a stále vyšší efektivitu využití jaderného paliva, dojdeme k závěru, že Jaderná elektrárna Dukovany patří z hlediska trvale udržitelného rozvoje mezi významné perspektivní zdroje energie 21. století.

Technologie

V dukovanské elektrárně pracují tlakovodní reaktory (PWR) projektového označení VVER 440/213. Elektrárna je uspořádaná do dvou hlavních výrobních bloků, z nichž v každém jsou instalovány dva reaktory. Celkový instalovaný elektrický výkon elektrárny je dnes po úpravách a modernizacích 2 000 MW. Jaderná elektrárna je tepelnou elektrárnou, od uhelné se liší pouze zdrojem tepla využívaného ke vzniku páry. Tím je štěpení uranu ²³⁵U. Teplo odvádí chladicí voda, která zároveň slouží jako moderátor (zpomalovač) neutronů. K regulaci výkonu reaktoru se kromě regulačních tyčí používá příměs kyseliny borité v chladivu.

Voda jako teplonosné médium cirkuluje v uzavřeném primárním okruhu reaktoru pod vysokým tlakem. Její pohyb zajišťují čerpadla. V parogenerátorech předává voda primárního okruhu své teplo okruhu sekundárnímu, sekundární voda se mění na sytou páru o tlaku 4,61 MPa a teplotě 259 °C. Pára se vede na lopatky turbíny a roztáčí rotor, který předává mechanickou energii generátoru; ten ji přeměňuje na energii elektrickou.

Ke každému reaktoru patří dvě třítělesové turbíny s jedním vysokotlakým a dvěma nízkotlakými díly, které pracují při otáčkách 3 000/min. V celé elektrárně je takových turbín osm. S každou turbínou je na stejné hřídeli spojen 220MW generátor elektrického proudu (dvoupólový asynchronní alternátor generující napětí 15,75 kV a proud 9 600 A). Napětí z generátoru se po transformaci na velmi vysoké napětí 440 kV vede do rozvodné sítě.

Reaktor

Srdcem primárního okruhu, v němž probíhá řízená řetězová štěpná reakce, je reaktor. Obsahuje palivo, chladivo, moderátor a řídicí a měřicí systémy. Tvoří jej ocelová tlaková nádoba s odnímatelným víkem, uvnitř je aktivní zóna. Je složena z 312 palivových kazet a 37 regulačních kazet. V každé kazetě je 126 palivových proutků, v nichž jsou hermeticky uzavřeny tablety jaderného paliva. Okolo palivových proutků proudí chladicí voda, která odvádí teplo uvolňované při štěpení. Jádra izotopu ²³⁵U zasažena pomalými, tzv. tepelnými, neutrony se rozpadají na jádra lehčích prvků. Současně se při každém štěpení uvolní 2 až 3 rychlé neutrony. Nová jádra se vzájemně odpuzují a velkou rychlostí se od sebe vzdalují. Při jejich brzdění srážkami s ostatními atomy se kinetická energie mění na teplo. Uvolněné neutrony mohou způsobit štěpení dalších uranových jader. „Energetická vydatnost“ reakce je na první pohled bezkonkurenční: zatímco spálením uhlíku na CO₂ se na jednu vytvořenou molekulu získá energie řádově několik jednotek, při jednom rozštěpení jádra se uvolní energie řádově stomilionkrát větší. Pravděpodobnost štěpení jádra ²³⁵U je tím větší, čím pomalejší jsou neutrony, se kterými se setká. Zpomalení rychlých neutronů zařídí moderátor.

Jaderné palivo

Palivem v Jaderné elektrárně Dukovany je obohacený uran (na 2,5 až 5 % obsahu ²³⁵U) ve formě oxidu uraničitého UO₂. Oxid uraničitý se lisuje do malých pelet o hmotnosti asi 5 g. Pelety se vkládají do hermeticky uzavřených trubek ze zirkoniové slitiny a vytvářejí palivové proutky. Svazek palivových proutků tvoří palivovou kazetu. Na konci kampaně, jejíž délka je 10 až 11 měsíců, už není v palivu dostatečná zásoba reaktivity a výkon bloku po dobu 2 až 4 týdnů postupně klesá zhruba o 0,7 % za den. Poté je blok odstaven k výměně části paliva a k pravidelné revizi.

Sekundární okruh

V sekundárním okruhu jaderné elektrárny se mění tepelná energie páry v mechanickou. Turbína je v podstatě rotační tepelný motor. V kondenzátorech pod turbínou pára na titanových trubkách kondenzuje a jako voda se vrací do parogenerátoru. Teplá voda z kondenzátorů se odvádí do chladicích věží.

Terciární okruh

Úkolem třetího okruhu je vytvořit v kondenzátoru co největší podtlak, aby účinnost turbíny byla co nejvyšší. Čím nižší je teplota chladicí vody v terciárním okruhu, tím vyšší je podtlak v kondenzátoru. Terciární okruh se skládá především z chladicích věží, oběhových čerpadel, potrubí a kanálů chladicí vody. Teplá voda z trubek kondenzátorů se vede do chladicí věže, kde se sprchovými hlavicemi rozstřikuje z výšky 10 m až 20 m, a ochlazuje se protiproudem vzduchu. Část vody se přitom odpaří. Vlhký teplý vzduch stoupá vzhůru, ochladí se venkovním vzduchem a vodní pára v něm obsažená zkondenzuje – nad věží vznikají bílá oblaka. Chladicí věže jsou subtilní železobetonové stavby ve tvaru rotačního hyperboloidu. Ve spodní části věže je kruhový bazén, v němž se ochlazená voda shromažďuje a čerpadly dopravuje zpět do kondenzátorů.

Nakládání s použitým palivem a odpady

Vyhořením se čerstvé palivo mění na palivo použité. O ně se podle tzv. atomového zákona musí postarat provozovatel jaderného zařízení, které toto palivo používá. Ten nese též veškeré náklady spojené s manipulací s radioaktivními odpady od vzniku přes jejich uložení až po likvidaci. Záruky za bezpečné uložení včetně použitého jaderného paliva nese stát, který proto založil Správu úložišť radioaktivních odpadů (SÚRAO). Činnosti, které zajišťuje SÚRAO, jsou financovány z tzv. jaderného účtu u České národní banky. Pro zajištění ukládání všech vzniklých i budoucích radioaktivních odpadů na něj provozovatel – ČEZ – pravidelně odvádí finanční prostředky, konkrétně 50 Kč za každou MWh elektřiny vyrobené v jaderné elektrárně. Samostatnou účetní rezervu tvoří ČEZ na krytí nákladů spojených s vyřazováním jaderných elektráren z provozu.

Použité palivo obsahuje v průměru 95 % uranu, převážně izotopu ²³⁸U, 1 % nově vytvořeného plutonia a 4 % štěpných produktů. Pouze tato 4 % je možné považovat za skutečný jaderný odpad, protože zbytek může být po přepracování znovu využit jako palivo. Přepracování je však zatím poměrně nákladné. U nás se předpokládá, že pokud nebude využito jinak, bude po několika letech uložení v bazénu u reaktoru a po několika desítkách let skladování trvale uloženo do hlubinného konečného úložiště, které má být na území ČR postaveno do roku 2065. Kazety s použitým palivem se překládají z bazénů použitého paliva u reaktorů do speciálních skladovacích kontejnerů a převážejí se do nadzemního suchého skladu. V areálu elektrárny jsou takové sklady dva, jejich celková kapacita je 1 940 tun. Výhodou provozu jaderných elektráren je skutečnost, že produkují relativně velmi malý objem vysokoaktivních odpadů. Celková kapacita prvního dukovanského skladu, který byl uveden do provozu v roce 1995, je 600 tun použitého paliva uloženého v 60 kontejnerech typu CASTOR 440/84. Kdybychom všechen materiál z uskladněných kontejnerů sesypali na hromadu, vytvoří krychli o hraně 4 m, která je z 96 % složena z energeticky štěpitelných prvků, především z uranu a plutonia. Po zaplnění prvního skladu byl v roce 2006 zprovozněn sklad nový. Jeho kapacita je 1 340 tun použitého paliva. Do skladovací části se vejde 133 kontejnerů typu CASTOR 440/84M. Těleso kontejneru je z tvárné litiny, koš z  bórovaného hliníku. Neutronové stínění zajišťuje polyetylen. Vnitřní prostor kontejneru je vyplněn heliem o nižším tlaku, než je tlak atmosférický. Vnější průměr kontejneru je 2,66 metru a výška 4,2 metru. Hmotnost prázdného kontejneru je 93,7 tun, naplněného 112 tun. Ovlivnění okolí skladu ionizujícím zářením je prakticky neměřitelné. V areálu Jaderné elektrárny Dukovany se použité jaderné palivo může skladovat po dobu dalších 50 až 60 let, tj. na dobu životnosti elektrárny.

Středněaktivní a nízkoaktivní odpad

Kapalné radioaktivní odpady, které vzniknou např. při výměně paliva, mytí prostor nebo praní se redukují odpařením a před uložením zpevňují procesem bitumenace (zalití do asfaltu) do 200litrových sudů. Mezi pevné odpady patří např. vzduchotechnické filtry, kontaminované nářadí, nebo odpad vzniklý při opravách a údržbě. Ty se lisují taktéž do sudů. Upravené odpady si převezme SÚRAO a jsou odvezeny do úložiště v areálu.