Mladí Slováci skúmali rýchle reaktory v Kórei [energia.sk]

3. február 2014 | energia.sk

---

Branislav Vrban, Jakub Lüley a Štefan Čerba z Ústavu jadrového a fyzikálneho inžinierstva Fakulty elektrotechniky a informatiky STU v Bratislave ukončili pracovno-študijnú stáž v KAERI. Na Kórejskom polostrove strávili dvanásť mesiacov a nedávno sa vrátili späť na Slovensko. Myšlienka pôsobenia v KAERI podľa nich vznikla celkom spontánne. Nasledovali mesiace vybavovania a formalít, pri ktorých sa ako rozhodujúca ukázala pomoc Dušana Bellu, slovenského veľvyslanca v Južnej Kórei.

Dvojica Vrban a Lüley pôsobila v laboratóriu, ktoré sa zaoberá vývojom aktívnej zóny prototypu sodíkového reaktora. Tretí z nich, Štefan Čerba, bol súčasťou výskumného tímu na oddelení vysokoteplotného reaktora, neskôr pokračoval v projekte optimalizácie vesmírneho reaktora. Všetci traja pracovali na výpočtových kódoch, ktoré sa môžu použiť v ďalších fázach dizajnovania.

„V KAERI sme sa venovali výpočtu citlivostných profilov systému za účelom zníženia výpočtových neistôt. Znie to zložito, ale v princípe sme sa snažili zvýšiť výpočtovú presnosť a vytvoriť lepší, bezpečnejší a účinnejší dizajn reaktora. V Južnej Kórei, ktorá je dnes ázijským lídrom v oblasti jadrovej energetiky, skúmajú rôzne koncepty s dôrazom na vývoj vlastného sodíkového reaktora s kovovým palivom,“ vysvetlil Branislav Vrban.

Reaktory IV. Generácie fungujú v rýchlom spektre neutrónov. Svetový výskum v tejto oblasti sa dnes rozvetvuje na niekoľko rôznych smerov. Najvýznamnejšími z nich sú sodíkom chladený rýchly reaktor (SFR), tekutým olovom chladený rýchly reaktor (LFR) a rýchly reaktor chladený héliom (GFR). Každý z konceptov má svoje prednosti i technologické úskalia.

Najväčšiu perspektívu má sodíkom chladený reaktor

V kontexte výroby elektriny v blízkej budúcnosti sa najväčšie nádeje vkladajú do sodíkom chladeného reaktora. Ak sa zohľadní tempo a počet zainteresovaných vedcov, výskum rýchlych reaktorov, ktoré využívajú tekutý sodík ako chladiaci systém, začína pripomínať technologické preteky v riešení nedostatku energetických zdrojov. K veľmociam vo výskume patria už tradične Francúzsko, Rusko, Japonsko, USA, ale aj Južná Kórea. Vo francúzskom centre CEA Cadarache sa vyvíja finálny dizajn reaktora tohto typu, pracuje na ňom viac než 550 výskumníkov.

„Výhody sodíka ako chladiva spočívajú v dobrej teplotnej vodivosti, ktorá umožňuje prevádzku pri atmosférickom tlaku, dobrej tolerancii konštrukčných materiálov v aktívnej zóne, výhodnom vplyve na bilanciu neutrónov a dostatočne vysokej teplote varu,“ doplnil Vrban. K jeho nevýhodám patrí nepriehľadnosť. Tá komplikuje manipuláciu pri výmene paliva a prehliadke vnútro reaktorových častí. Problémom je takisto prudká exotermická reakcia prvku pri styku s vodou.

Dizajn rýchlych reaktorov charakterizuje nižšia doba rozpadu jadrového odpadu. Rýchle reaktory tak dokážu množiť palivo, ktoré používajú. „Je to ako keby do auta nalejeme benzín a ono si vyrobí ďalší benzín na to, aby ďalej fungovalo. Je to samozrejme trochu zložitejšie, ale princíp je ten istý. Udržateľnosť produkcie elektriny je jednoduchšia,” priblížil doktorand. 

Jadrový odpad dnes predstavuje veľký technologický problém na niekoľko sto rokov, v závislosti od typu reaktora a použitého paliva. Výhodou rýchlych reaktorov je možnosť efektívnejšieho využitia vyhoretého paliva v uzavretom palivovom cykle. Jadrové palivo, ktoré bolo ožiarené v aktívnej zóne reaktora, sa tak môže opäť použiť a ďalej prepracovať tak, že aktivita žiarenia klesne na akceptovateľnú úroveň už po 300 rokoch.

Centrum stredoeurópskeho jadrového výskumu na Slovensku? 

Jadrový výskum na Slovensku dnes nedokáže držať krok so svetovou špičkou. Na stratené pozície by sa mohol vrátiť aj prostredníctvom unikátneho projektu Allegro. Demonštračný reaktor má v praxi overiť technológiu plynom chladeného rýchleho rektora GFR (Gas Fast Reactor).

Korene výskumu siahajú do výskumného centra CEA Cadarache vo Francúzsku. Reaktor chladený inertným plynom sa začal pôvodne vyvíjať ako alternatíva k sodíkovému reaktoru. Hoci z neutronického hľadiska je princíp ich fungovania rovnaký, ako chladivo sa v tomto prípade využíva hélium.

Prevádzkové skúsenosti s typom reaktoru, ktorého primárny okruh je chladený héliom, sú zatiaľ minimálne. Allegro preto čelí mnohým technologicko-bezpečnostným úskaliam. Ako zdôraznili mladí vedci, každé z nich je riešiteľné. Je preto významné, že dnes sa tento výskum presúva z francúzskeho ústavu CEA do regiónu strednej Európy. Súčasťou Allegra sú okrem Slovenska, Česka aj Maďarsko a najnovšie tiež Poľsko. Projekt podporuje aj Európska únia.

Jedným z najperspektívnejším miest na výstavbu demonštračnej jednotky sú Jaslovské Bohunice. Daná lokalita má silné predpoklady na úspech. Na danom mieste sa už nachádza atómová elektráreň, nemal by tak byť problém s akceptovaním zo strany verejnosti, či povoľovaním a legislatívnymi procedúrami. Netreba tiež zabúdať na kvalitný ľudský potenciál. „Slovensko je držiteľom skúsenosti. Stále máme ľudí, ktorí boli pri dizajnovaní elektrárne A1,“ podčiarkol Vrban. 

Po návrate z KAERI sa trojica výskumníkov musí adaptovať na domáce prostredie a bežný režim na škole. Prvoradým cieľom zostáva úspešné ukončenie doktorandského štúdia. „Čakajú nás obhajoby dizertačných prác,“ opisuje program najbližších mesiacov Jakub Lüley. Túžbou každého z nich je práca v oblasti jadrového výskumu. Nájsť si na Slovensku uplatnenie v oblasti neutroniky rýchlych reaktorov však nie je jednoduché. Odpoveďou by mohlo byť práve Allegro.