Spalovače nukleárního odpadu

Martin Tůma  |  Věda

Ať chceme nebo ne, naše energetická bezpečnost v dlouhodobém horizontu spočívá možná jen v atomové energii. Ta je levná, spolehlivá, bezpečná a bez uhlíkových emisí. Jediné, co jí kazí pověst, je toxický radioaktivní odpad.

Zapomeňte na ropu, uhlí či zemní plyn. Jsou to důležité chemické suroviny a je hřích jimi plýtvat na výrobu energie, když máme jiné možnosti. Zapomeňte i na větrné elektrárny nebo fotovoltaiku. Pokud pomineme jejich mizernou účinnost, mají tyto zdroje sklony dodávat nám elektřinu v době, kdy ji nepotřebujeme. Velký nárůst těchto zdrojů může vést až ke kolapsu rozvodné sítě. Praktické řešení, které dlouhodobě a spolehlivě pokryje naše energetické potřeby, známe již dávno: atomová energie.

Topíme v atomové pícce

Atomový reaktor je ve své podstatě velký parní stroj. Využívá tepla uvolněného při rozpadu paliva v horké zóně reaktoru k výrobě vysokotlaké páry, která pohání parní turbínu vyrábějící elektřinu. Existuje celá řada různých typů reaktorů, ale většině je společná jedna věc – nadkritická štěpná reakce.

Obvykle dojde k rozpadu jádra paliva na dvě přibližně stejně hmotné části a uvolnění 2 až 3 neutronů. Tyto volné neutrony potom mohou štěpit další atomy paliva. Aby nedošlo k neřízené štěpné reakci, jako je tomu u atomové bomby, je potřeba tyto neutrony brzdit a tak řídit rychlost štěpné reakce v reaktoru. Zároveň se mění pohybová energie neutronů na teplo, které se odvádí pryč a využívá se pro výrobu energie.

Jako u každé pece, musí se i z té atomové čas od času vymést popel. Ale atomový odpad je poměrně nebezpečné smetí, které září ještě hodně dlouho. Obsahuje mix různých prvků, z nichž některé jsou radioaktivní i po tisíce let. Nehledě na to, že celá řada prvků je i silně toxická, některé z nich (jako např. plutonium) navíc mohou sloužit k výrobě atomových zbraní.

Kam s ním

Odpověď je jednoduchá – na místo, kde po tisíce let nebude škodit. Ale takových míst je doopravdy málo. Naštěstí existuje i jiná cesta – urychlovačem řízená transmutace. Reaktoru, pracujícímu na tomto principu, se říká podkritický, nebo též Accelerator-Driven System (ADS). Velkým propagátorem tohoto systému je zakladatel CERNu, Carlo Rubia.

Nukleární odpad je sice radioaktivní, ale do štěpné reakce se mu pranic nechce. Proto je potřeba zažehnout ji přidáním energie zvenčí. O to se postará protonový urychlovač, který vstřeluje do aktivní části reaktoru vysokoenergetické protony (řádově s energií kolem 1 GeV). Protony ostřelují speciální terč a hrají s nukleony v jádře atomů terče „kulečník“ (více o této reakci a konstrukci terčů zde). Cílem je dosáhnout tříštivého štěpení jádra a uvolnění co nejvíce neutronů pro další reakci. Neutrony z terče potom vlétají do jádra reaktoru a spouštějí v něm štěpnou reakci. V reaktoru je směs paliva z radioizotopů s dlouhým poločasem rozpadu, jako je třeba Neptunium 237 nebo Americium 241.

Uran

Výhodou tohoto typu reaktoru je jeho bezpečnost; při nehodě stačí vypnout zdroj protonů a reakce sama ustane. Nevýhodou je naopak technická složitost řešení a energetická náročnost protonového urychlovače. Například v konceptu Evropského tříštivého zdroje se počítá s výkonem kolem 10MW dopadajícího na terč. Nicméně realizace tohoto projektu byla několikrát odložena a tak zřejmě první reaktor, který v této oblasti provádí výzkum, je zařízení s názvem GUINEVRA. Tento reaktor byl letos na jaře zprovozněn v belgickém centru nukleárního výzkumu SCK.CEN. GUINEVRA ale nepoužívá relativistické protony – místo nich ostřeluje terč deuterony.

Transmutory, jak se též ADS reaktorům říká, dokáží prudce snížit množství radioaktivního odpadu, stejně jako časový úsek, po který je tento odpad nebezpečný svému okolí. I když to není úplná eliminace, jedná se opravdu o zlomek současného objemu. Současný nukleární odpad se v budoucnosti může stát ceněným palivem, proto by byla škoda se ho bez užitku zbavovat. Nicméně cesta k funkčnímu transmutoru bude ještě dlouhá kvůli velké technické náročnosti tohoto řešení. Ale snad ADS reaktory zlomí i poslední předsudky vůči atomové energii. Jinou cestu, pokud se tedy nechceme vrátit zpátky na stromy, prostě nemáme.

Foto: Shutterstock

Nejčtenější