Práce na reaktoru BREST-OD-300 (zdroj TVEL).

O přípravě tohoto pilotního reaktoru jsme už několikrát psali v každoročních přehledech vývoje jaderné energetiky, z nichž poslední je ze začátku tohoto roku. Výstavba reaktoru BREST-OD-300 je součástí programu Proryv (český Průlom) korporace Rosatom, která je zaměřena na prošlapávání cesty k pokročilým jaderným technologiím nové generace. Právě rychlé reaktory by měly být prostředkem k efektivnějšímu využití uranové rudy, uzavření palivového cyklu a tím i ke snížení objemu jaderného odpadu na jednotku vyrobené elektřiny.

Rychlé reaktory využívají nemoderované spektrum neutronů, které vznikají při štěpení. Ty mají řádově nižší pravděpodobnost zachycení uranem 235 a jeho rozštěpení, než je tomu u tepelných neutronů, které vznikají jejich moderací v klasických reaktorech využívaných například v našich jaderných elektrárnách. Na druhé straně však mohou při dostatečné energii štěpit i uran 238. Zároveň lze u rychlého reaktoru vytvořit takovou konfiguraci aktivní zóny, která umožňuje efektivní přeměnu uranu 238 na plutonium 239 nebo efektivní spalování izotopů plutonia či dalších transuranů.

Palivový soubor pro reaktor BREST-OD-300 (zdroj Rosatom).

Takové reaktory většinou bývají také kompaktnější a uvolňují více tepla na objemovou jednotku aktivní zóny, než je tomu u klasických reaktorů. Proto potřebují efektivnější chlazení, které může být realizováno právě tekutými kovy. Jednou možností jsou například rychlé sodíkové reaktory, které jsou zatím nejblíže ke komerčnímu zavedení. V operačním provozu jsou reaktory tohoto typu BN600 a BN800 v Bělojarské jaderné elektrárně. Další je možnost využit k chlazení tekutého olova. Výhodou tekutých kovů oproti vodě je, že mají vysokou teplotu varu za normálního tlaku. Reaktor tak pracuje za normálního tlaku s relativně vysokou pracovní teplotou. Střední teplota v případě olověného chladícího okruhu je například okolo 500°C. Tyto vlastnosti zvyšují pasivní bezpečnost těchto reaktorů.

Reaktor BREST-OD-300 má tepelný výkon 700 MWt a elektrický zmíněných 300 MWe. Výška aktivní zóny je 1,1 m a hmotnost paliva v aktivní zóně je 18,7 t. Celková palivová kampaň je pět let. Využívají se speciálně nově vyvinuté palivové soubory s nitridovým směsným palivem obsahujícím vedle uranu i plutonium. Tento rychlý reaktor je koncipován tak, že pracuje jako producent plutonia i spalovač tohoto materiálu získaného z vyhořelého paliva.

Schéma reaktoru BREST-OD-300 (zdroj Rosatom).

Výstavba probíhá v ruském Seversku v areálu podniku SCHK, který je součástí společnosti TVEL. Ta spadá pod Rosatom a zabývá se vývojem jaderných palivových souborů. Je třeba zdůraznit, že projekt BREST-OD-300 není spojen jen s reaktorem, ale v areálu budou celkově tři komplexy. Prvním je závod na výrobu speciálního paliva pro tento typ reaktoru. Ten už je nyní dokončený a probíhá zde montáž zařízení. Druhým komplexem je samotný reaktor i se strojovnou. U strojovny už byla dokončena základová deska a základy reaktoru se začaly betonovat. Třetí budova bude obsahovat zařízení pro recyklaci palivových souborů z tohoto reaktoru a separaci materiálu využitelného pro přípravu recyklovaného paliva. Celý areál se tak stane do značné míry nezávislý, využívající cirkulární proces.

Právě komplexnost je důležitou vlastností celého programu Proryv. Nejde jen o reaktory, ale realizuje se vždy celý řetězec uzavřeného palivového cyklu od přípravy paliva, samotného reaktoru, který je využívá, až k recyklaci vyhořelého paliva. Realizace a posouzení ekonomiky celého průmyslového cyklu je klíčové pro zajištění reálné a vyladěné ekonomiky, která by mohla vést ke komerčnímu využívání těchto reaktorů.

Schéma areálu reaktoru BREST-OD-300 (zdroj Rosatom).

Dokončení komplexů pro produkci palivových souborů a recyklaci paliva se očekává v letech 2023 a 2024, dokončení samotného reaktoru pak v roce 2026. Zkušenosti z pilotního projektu se využijí pro vývoj prototypu většího komerčního reaktoru BREST1200.

Firma Rosatom zajišťuje u klasických reaktorů péči o celý jejich životní a palivový cyklus. Dokáže postavit klasické reaktory III. generace, zajistit pro ně palivo, postarat se o vyhořelé palivo a připravit palivo typu REMIX pro tyto reaktory. Optimalizuje i své plovoucí jaderné elektrárny a malé modulární reaktory založené na úspěšných reaktorech pro ledoborce.

Firma také dokončuje práce na komercializaci rychlých sodíkových reaktorů. Zde zajišťuje i palivové soubory pro čínské reaktory tohoto typu. I u rychlých reaktorů chlazených olovem se projektem BREST-OD-300 vydal Rosatom na cestu k jejich komercionalizaci. Blíží se tak k tomu, že dokáže nabízet do světa nejen reaktory III. generace s veškerým servisem, ale postupně i speciální malé modulární reaktory. A v relativně blízké době i rychlé reaktory IV. generace s uzavřeným palivovým cyklem. Jaderná energetika by se tak mohla stát vedle energetických surovin klíčovým masivním vývozním artiklem Ruska. A v tomto případě by šlo o špičkové technologie s obrovským potenciálem.

Redakce připojuje video autora článku, vztahující se k dané problematice: