Čína spustila první thoriový reaktor s přeměnou paliva
Začátkem loňského listopadu realizoval SINAP průlomovou technologii, která by mohla zásadně změnit podobu světové energetiky – spustil thoriový reaktor poháněný roztavenou solí. Jedná se o první úspěšně provozované zařízení takového druhu na světě.
Podle informací deníku South China Morning Post (SCMP) uspěl Šanghajský institut aplikované fyziky (SINAP) s provozem prvního thoriového reaktoru na roztavené soli (TMSR – Thorium-based Molten Salt Reactor). Ten dokáže stabilně přeměňovat thorium-232 na vysoce účinné jaderné palivo uran-233.
Experimentální reaktor na bázi roztavené soli (MSR) je prototyp o výkonu 2 MW, který pracuje již od roku 2023 v odlehlé části pouště Gobi v severozápadní Číně. Podle zástupce SINAP Li Čching-Nuana, spadající pod Čínskou akademii věd, od doby, kdy v říjnu téhož roku poprvé dosáhl kritického stavu, stále generuje teplo z jaderného štěpení.
V dubnu loňského roku do něj vědci poprvé přidali nové palivo, roztavenou sůl thoria, a po šesti měsících oznámili úspěšnou přeměnu thoria na uran, což se dosud nikomu na světě nepodařilo. Prokázali tak, že v procesu zahrnujícím sekvenci reakcí může thorium-232 v reaktoru zachycovat neutrony a vzniklé izotopy postupně přecházejí až v uran-233 schopný udržet štěpnou řetězovou reakci. Ten poté uvolňuje energii jaderným štěpením a vzniká tak samoudržující se cyklus, kdy reaktor „spaluje a zároveň vytváří“ své palivo, přičemž k rozběhnutí procesu je potřeba jen malé množství startovacího zážehového materiálu (obvykle uranu nebo plutonia).
Začíná cesta k výhodnější energii?
Úspěšnou přeměněnou thoria na uran se Číně podařilo splnit první z třech fází projektu reaktoru poháněného roztavenou thoriovou solí. V druhé fázi chce do roku 2029 postavit malý demonstrační reaktor s výkonem 10 MW, který by měl ověřit, zda je projekt komerčně životaschopný, a vybudovat alespoň základní infrastrukturu pro dodavatelský řetězec. Poté by mohla následovat poslední fáze završená vybudováním velkého reaktoru s tepelným výkonem 100 MW v některé z oblastí bohatých na thorium, jako jsou Gansu nebo Sin-ťiang, a do roku 2035 zahájit jeho komerční provoz.
Thoriové reaktory nabízejí řadu výhod, jsou kompaktní, přitom vysoce výkonné, nepotřebují chladicí systém nebo externí zdroj vody jako klasické jaderné reaktory, takže energii mohou vyrábět i na pouštích či jiných vodě vzdálených místech.
Reaktory s roztavenou solí patří mezi jaderné zdroje čtvrté generace, a jak uvedl ředitel institutu Dai Č’-min: „Díky své konstrukci pracují při nízkém tlaku, nevyžadují chlazení a dosahují vysokých teplot. Mezinárodně jsou uznávány jako nejvhodnější typ pro využití thoriových zdrojů.“
Oproti uranovým jsou thoriové reaktory bezpečnější tím, že pracují při atmosférickém tlaku, nepotřebují masivní tlakové nádoby a v případě nehody se kapalné palivo rychle ochladí a ztuhne, čímž se zabrání úniku radiace. Umožňují efektivnější využití paliva a mohou spalovat i existující jaderný odpad. Při jejich provozu vzniká také méně dlouhodobého radioaktivního odpadu. Thorium navíc nemá žádné štěpné izotopy, takže na rozdíl od uranu nemůže být obohaceno a použito pro výrobu jaderných zbraní.
Čínský zájem o thorium je logický: Zásoby uranu jsou obecně omezené, přičemž průměrná jaderná elektrárna o výkonu jednoho gigawattu spotřebuje ročně zhruba 200 tun oxidu uranu (U₃O₈). Čína samotná musí více než 80 % uranových dodávek pro svůj jaderný průmysl a energetiku řešit dovozem a je tak čím dál závislejší na Rusku, které kromě zásob uranu ovládá i téměř polovinu světové kapacity na jeho obohacování.
Thoria, které se v přírodě vyskytuje asi třikrát častěji než uran, má naproti tomu prakticky neomezené množství. Zásoby ve vnitřním Mongolsku by ji mohly vystačit pro dodávky energie desítky století. Na začátku letošního roku zveřejnil list SCMP dříve tajnou studii, podle níž by jen odpad nastřádaný za pět let těžby železa v ložisku Bayan Obo (Pajün Obo) obsahoval tolik thoria, že by pokrylo energetické potřeby všech amerických domácností na více než tisíc let. Podle odhadů Mezinárodní agentury pro atomovou energii (IAEA) a Agentury pro jadernou energii patřící pod Organizaci pro hospodářskou spolupráci a rozvoj (OECD) z roku 2016 se čínská ložiska thoria řadí mezi nejrozsáhlejší na planetě – jejich zásoby jsou odhadovány až na 1,4 mil. tun.
Budoucnost pro dopravu i jaderná fúze
Podle singapurského deníku Lien-che Cao-pao tento technologický pokrok v oblasti jaderné energetiky umožňuje Číně pracovat na programech, které by se uplatnily jak v energetice, tak na lodích či v odlehlých výzkumných stanicích, a samozřejmě také najdou uplatnění v kosmických projektech nebo v armádě. Čína se tak už např. zabývá výzkumem pohonu použitelného pro námořní dopravu, díky němuž by velké nákladní lodě poháněné thoriovým palivem mohly plout prakticky bez emisí až deset let na jedinou náplň. I s technologií thoriových reaktorů je spojena ještě řada výzev, ale jak ukazuje impozantní vývoj v této oblasti, je Čína na slibné cestě k jejich řešení.
Další posun vpřed hlásí země i v oblasti jaderné fúze, na níž usilovně pracuje i Evropa (v rámci projektu ITER) a USA. Na rozdíl od nich však už dosáhla významný milník v podobě experimentálních zážehů, při kterých se podařilo udržet fúzní proces v chodu po delší dobu, a v říjnu loňského roku byl v prefektuře Che-fej úspěšně instalován klíčový komponent kompaktního fúzního zařízení. Projekt má být hotový v roce 2027 s prvním testem výroby fúzní elektřiny, a do roku 2030 by měl systém začít dodávat „nevyčerpatelnou“ energii. V případě, že Čína obě technologie zvládne, dostane se na pozici globálního lídra v čisté energetice.
Josef Vališka
Foto: SINAP, ORNL, Shanghai Eye
58
