Spouštění rychlého reaktoru BN-800 přináší diskuze o uzavírání jaderného palivového cyklu, které je schopno podpořit udržitelný rozvoj jaderné energetiky a minimalizovat její vliv na životní prostředí. Nakolik jsou ale připraveny potřebné technologie a jak by to změnilo tvář jádra?

V současné době používají všechny země na světě otevřený palivový cyklus a v menším měřítku se projevuje jeho částečné uzavření. Znamená to, že se vytěží uranová ruda, zpracuje se, vyrobí se z ní palivo, které se zaveze do reaktoru a po použití je dlouhodobě skladováno s plánem budoucího trvalého uložení. Skladování probíhá různými formami v závislosti na konkrétní zemi: ve Spojených státech je palivo v betonových silnostěnných kontejnerech v areálu elektráren, v Česku jsou používány celokovové kontejnery CASTOR a na Slovensku a ve Švédsku slouží k dlouhodobému skladování použitého paliva bazény.

Skladování použitého paliva má trvat zhruba 60 až 100 let a je dobře technologicky i finančně zajištěné. Potom by mělo následovat přemístění paliva do skladovacích kontejnerů, které budou trvale uloženy do hlubinného úložiště. Světová praxe ukazuje, že jde opět o technologicky řešitelný problém a že nejsou zásadní potíže ani s finanční stránkou projektu (ač je hlubinné úložiště velmi nákladnou stavbou), ale že hlavní problém spočívá ve výběru vhodné lokality. Demonstruje to například projekt amerického úložiště v lokalitě Yucca Mountain, který je připravován od roku 1992, však naráží na odpor veřejnosti a na několik let byl americkou vládou zastaven.

Přepracování použitého paliva

Alternativou je uzavřený palivový cyklus, kdy opětovně využijeme materiály obsažené v použitém palivu. Použitím uranu a plutonia pak vzniká palivo MOX, které je dnes poměrně běžně používáno v lehkovodních reaktorech - například ve Francii a v Japonsku. Avšak toto použití směsného paliva má několik omezení, takže nelze hovořit o úplném uzavření cyklu.

Směsné palivo má mírně odlišné vlastnosti od klasického uranového paliva, takže mění provozní charakteristiky reaktoru. Musí být tedy upraven jeho systém kontroly a řízení a způsobilost reaktoru ověřuje regulační úřad. Ve stávajících reaktorech tvoří směsné palivo zhruba třetinu aktivní zóny a z technického hlediska je omezený počet jeho přepracování. Ve Francii se například použité palivo MOX nepřepracovává a čeká se na reaktory IV. generace, které jej budou moci zužitkovat efektivněji než stávající lehkovodní reaktory.

Rychlé reaktory

Komplexnější uzavření palivového cyklu mohou nabídnout až rychlé reaktory, v nichž palivo štěpí rychlé neutrony namísto zpomalených jako v případě lehkovodních reaktorů. Díky intenzivnímu toku rychlých neutronů mohou využívat jako palivo i látky, které dnešní reaktory nevyužijí. Příkladem může být uran 238, z nějž záchytem neutronu a několika rozpady vzniká plutonium 239 použitelné jako palivo.

Kromě toho, že rychlé reaktory umožňují palivo přepravovávat opakovaně, mohou také „spalovat“ další látky obsažené v použitém palivu jako jsou například transurany. Tyto materiály vznikají v reaktoru během provozu záchytem neutronů a z hlediska nakládání s použitým palivem představují nejzásadnější problém. Mají totiž poločas rozpadu v řádu tisíců let, což je mnohonásobně více než platí pro zbytek látek obsažených v použitém palivu. Určují tak dobu, po kterou je nutno použité palivo izolovat od životního prostředí, a navíc ji stanovují na desetitisíce až statisíce let. Pokud bychom byli schopni se těchto látek zbavit, problém vyhořelého paliva by se tak redukoval jen na několik stovek let a navíc by se podstatně zmenšil i jeho objem. Do úložišť bychom tak ukládali jen skutečně nevyužitelné látky.

Uzavíráním palivového cyklu pomocí rychlých reaktorů se zabývá program ruského Rosatomu s

 názvem Proryv, který má za cíl převést potřebné technologie z laboratoří do průmyslu. Konstrukční kanceláře Rosatomu připravují projekt komerčních sodíkových reaktorů BN-1200 (do roku 2030 mají být postaveny dva bloky) a olovem chlazeného reaktoru BREST-300 (zahájení plánováno v příštím roce). Palivová společnost TVEL se v rámci tohoto programu zabývá vývojem paliva, například postavila linku na průmyslovou výrobu paliva MOX pro sodíkové reaktory (spuštěna v srpnu 2015), vyvinula technologii separace americia (jeden z transuranů, vyvinuto v prosinci 2015), staví linku na výrobu nitridického paliva pro reaktor BREST (od srpna 2014 s plánovaným dokončením v roce 2018) a připravuje výrobu palivových kazet obsahujících neptunium (další transuran, zkušební kazety mají být vyrobeny do konce tohoto roku). 

Uzavření palivového cyklu ve velkém měřítku vyžaduje ještě mnoho vědecké a technologické práce. Umožní však jaderné energetice přechod do kvalitativně nové etapy, která bude spojena s ještě bezpečnějšími reaktory a podstatně menším vlivem na životní prostředí.

 

Vladislav Větrovec