Evoluce bezpečnosti reaktorů VVER

Když byly letos v srpnu na staveniště 2. bloku turecké jaderné elektrárny Akkuyu dopraveny jednotlivé části lapače taveniny, šlo o první rozměrné komponenty pro tento blok, se kterými se na staveništi manipulovalo. Tradičními těžkými komponentami, které dorazí jako první, byly části turbíny a krátce po nich tlaková nádoba reaktoru. Lapač taveniny předznamenává mnohem hlubší změny v samotných jaderných elektrárnách i v jejich bezpečnosti.

Lapač taveniny byl poprvé použit v jaderné elektrárně Tchien-wan. Čína v 90. letech plánovala významným způsobem rozšířit svou jadernou energetiku, aby tím pokryla rostoucí poptávku po elektřině pomocí bezemisních zdrojů. Výstavbu prvních několika bloků už měla za sebou a pokračovala ve výstavbě nových bloků za použití zahraničních technologií. Jedním z projektů, který představitele státu zaujal, byly i reaktory VVER-1000.

Pro ruský jaderný průmysl byla 90. léta obdobím útlumu domácí výstavby, takže tento čínský projekt byl jedním ze zahraničních, kam soustředil své výrobní i lidské kapacity. Projekty Rosatomu byly nejen stavěny jeden za druhým, ale i se v návaznosti na sebe vyvíjely. A právě v tom spočívá unikátnost projektu prvních dvou bloků Tchien-wanu. Při projektování totiž byly zohledněny finské bezpečnostní požadavky a tyto bloky jako první na světě dostaly lapač taveniny.

Od té doby toto zařízení začaly používat i reaktory od jiných dodavatelů, a jak šli konstruktéři jednotlivých firem různými cestami, má i různé podoby. V případě reaktorů VVER jde o ocelovou nádobu, která je vyplněna tzv. obětním materiálem. Lapač taveniny bude použit v případě extrémně nepravděpodobné havárie, kdy vlivem mimořádné události dojde k úplnému roztavení paliva v aktivní zóně a jeho protavení ven z reaktorové nádoby.

Výkon jaderného reaktoru totiž po odstavení klesá exponenciálně a dlouhou dobu se z jaderného paliva uvolňuje velké množství tepla, které je schopné způsobit jeho roztavení. Pokud by vlivem mimořádné události ztratila jaderná elektrárna všechny způsoby chlazení reaktoru, kterých má několik, a roztavilo by se jaderné palivo, lapač taveninu zachytí a zabrání tomu, aby se dostala do životního prostředí.

Obětní materiál pomůže snížit teplotu taveniny, naředí ji a díky tomu, že obsahuje látky pohlcující neutrony, zabrání rozběhnutí samovolné řetězové štěpné reakce. Ocelové těleso nádoby, chlazené zvnějšku vodou, pak umožňuje chlazení taveniny, aniž by došlo k jejímu přímému styku s vodou, který je velmi rizikový.

Nová reaktorová budova

Druhou podstatnou změnou byl dvojitý kontejnment. Bloky VVER-1000 měly už od svého počátku jednoduchý plnotlaký kontejnment, který zabraňuje úniku radioaktivity a chrání jaderný reaktor před vnějšími riziky, jako je povodeň, exploze, pád letadla apod. Kontejnment čínských bloků VVER-1000 dostal druhou železobetonovou vrstvu a filtrační systém, který odvětrává prostor mezi oběma obálkami.

Pokud by se v hlavním cirkulačním potrubí, kde obíhá voda přicházející do styku s jaderným palivem, objevila netěsnost, pára by unikla do prostoru vnitřního kontejnmentu. Ten tvoří předepjatá železobetonová stavba s vnitřní výstelkou z nerezové oceli. Železobeton zajišťuje odolnost vůči změnám tlaku, takže kontejnment zachytí unikající páru i při úplném roztržení cirkulačního potrubí, a ocel zase hermetičnost. Vnější obálka potom slouží jako ochrana před zmíněnými vnějšími riziky.

V meziprostoru je udržován mírný podtlak a odčerpávaný vzduch je filtrován. Díky tomu dojde k zachycení případného úniku a radioaktivita se nedostane do životního prostředí. Společně s lapačem taveniny tak dvojitý kontejnment zajišťuje to, že se radioaktivní látky nedostanou za hranice reaktorové budovy při jakékoliv mimořádné situaci.

Pasivní systémy

Pokračování evoluce je možné vidět na dalším projektu VVER, konkrétně v indické jaderné elektrárně Kudankulam s reaktory VVER-1000. Také Indie se na konci 90. let potýkala s rychle rostoucí spotřebou elektřiny, na kterou nestačila výstavba domácích těžkovodních bloků o výkonu 200-500 MWe. Rozhodla se proto postavit velkou jadernou elektrárnu za pomoci zahraničních technologií.

Zvítězila nabídka technologie VVER-1000 od Rosatomu, která se začala realizovat v roce 2002. Projekt ale prošel oproti čínským blokům dalšími výraznými změnami. Indie požadovala vysokou úroveň bezpečnosti, takže projektanti projekt doplnili o několik pasivních systémů.

Nejvýraznějším z nich je systém SPOT, čili systém pasivního odvodu tepla z reaktoru přes parogenerátory. Jeho koncové tepelné výměníky se dají snadno rozeznat na střeše reaktorové budovy, kde tvoří pomyslnou korunu. Tento systém bude použit v případě, že blok v důsledku mimořádné události přijde o všechny systémy svého napájení, kterých ale má celou řadu. Hlavní cirkulační čerpadla se přestanou otáčet a hrozí roztavení paliva. V sekundární části parogenerátorů jsou tlakové ventily, které se při překročení určité hodnoty tlaku samovolně otevřou, takže k uvedení systému do provozu není potřeba zásah obsluhy bloku.

Horká sekundární, tj. nekontaminovaná voda začne těmito ventily proudit do tepelných výměníků na střeše reaktorové budovy. Tady předává teplo buďto vzduchu (verze v jaderných elektrárnách Kudankulam a Novovoroněžská II), nebo vodě v nádržích (verze v jaderných elektrárnách Leningradská II a Běloruská). Ochlazená voda potom samovolně klesá zpět do parogenerátoru, kde se opět ohřeje.

Celý systém je vyprojektován tak, že nepotřebuje nucenou cirkulaci a vystačí si jen se samovolnou cirkulací. Díky tomu se blok prvních 72 hodin dochlazuje sám a personál elektrárny má dostatek času na to, aby odstraňoval následky mimořádné události a obnovil provoz běžných systémů. Pokud by to nebylo možné, například kvůli poškození elektrárny mimořádně silným zemětřesením nebo třeba vlnou cunami, stačí doplňovat pomocí hasičských aut vodu do střešních nádrží.

Tyto bezpečnostní systémy, které by byly schopny předejít fukušimské havárii, zavedl Rosatom do praxe ještě před tím, než k ní v roce 2011 došlo. Jsou pochopitelně i základem pro projekty VVER-1200, které se už řadí do generace III+. Rosatom vyvinul dvě větvě, tzv. Novovoroněžskou, která je určena pro země jako Turecko a Egypt, a Leningradskou, určenou pro evropské země. Výstavba druhé jmenované varianty se dokončuje v Bělorusku a připravuje v Maďarsku a ve Finsku.