Palivové proutky tolerantního paliva pro reaktory VVER-1000
V nedávné době se událo několik novinek v oblasti jaderného paliva pro reaktory VVER, které by stálo za to si připomenout. Vývoj se posouvá směrem snižování vlivu výroby paliva i celé jaderné energetiky na životní prostředí a také k vyšší bezpečnosti.
Šetrnější způsob výroby zirkonia
Čepeckij mechaničeskij zavod (součást ruské korporace pro atomovou energii Rosatom) přišel na začátku října s novou metodou výroby zirkonia, které se používá na pokrytí palivových proutků. Uvnitř pokrývajících zirkoniových trubiček jsou hermeticky uzavřeny palivové tablety, což zabraňuje úniku štěpných produktů do vody chladící reaktor. Jde tedy i o důležitý materiál z pohledu bezpečnosti jaderné elektrárny.
Dosud byla Rosatomem používána fluorová metoda, jejímž výsledkem byl prášek kovového zirkonia. Při nové metodě vzniká houbovité zirkonium s velmi nízkým obsahem hafnia, což je kov chemicky velmi podobný zirkoniu vyskytující se v zirkoniových rudách. Zatímco zirkonium propouští neutrony, hafnium je zachytává, takže pro jadernou energetiku je důležitá vysoká čistota vyrobeného zirkonia, což nová metoda splňuje.
K dalším výhodám patří větší šetrnost, protože nová technologie snižuje spotřebu surovin a energie, výrazně zmenšuje množství odpadů z výroby a snižuje počet technologických operací na polovinu.
Bezpečnější jaderné palivo
V budoucnu pravděpodobně zirkonium nahradí jiný materiál pokrytí palivových proutků. Dojde k tomu z toho důvodu, že během mimořádné události v jaderném bloku může na rozpáleném zirkoniu docházet k rozkladu vody na vodík a kyslík, což může vést v důsledku až k explozi reaktorové budovy, jako se tomu stalo ve Fukušimě. Aby se tomu předešlo, navrhují se nové materiály, které parozirkoniovou reakci radikálně omezují nebo zcela vylučují.
Ruský jaderný průmysl zkoumá celkem čtyři kombinace materiálů tzv. tolerantního paliva odolného vůči havarijním podmínkám. Dvě základní varianty jsou od konce září testovány v energetickém reaktoru VVER-1000 Rostovské jaderné elektrárny. Do aktivní zóny byly zavezeny tři experimentální palivové soubory a každý z nich obsahuje dvanáct zkušebních proutků. Polovina z nich má pokrytí vyrobené ze slitiny chromu a niklu a druhá část ze zirkonia s chromovým povlakem.
Uvnitř testovaných proutků se nacházejí klasické palivové tablety z oxidu uraničitého, ale ve výzkumném reaktoru MIR je od roku 2018 zkoušena i slitina uranu a molybdenu. Tento vývoj je z pohledu reaktorů VVER zcela zásadní a dokáže v budoucnu zefektivnit palivový cyklus, ale především vyloučit vážné havárie, které by měly dopad na okolí elektrárny.
Redukce odpadů
REMIX – tak zní zkratka označující další klíčový směr vývoje paliva pro reaktory VVER. Vznikla z anglických slov regenerated mixture a značí to, že se pro výrobu paliva používá regenerovaná směs uranu a plutonia získaná z použitého paliva. Přidává se do ní čerstvý obohacený uran, díky kterému se palivo jakoby „dobije“ a může se použít znovu.
Důležité pro použití této verze recyklovaného paliva je to, že obsahuje malý podíl plutonia ve srovnání s palivem MOX, takže se v aktivní zóně chová prakticky stejně jako klasické čerstvé palivo vyrobené z čistého oxidu uraničitého. Znamená to totiž, že jaderný blok nevyžaduje žádné změny v konstrukci a bezpečnostních nebo řídicích systémech, aby mohl používat palivo REMIX.
Tři experimentální kazety, které mají kromě klasického paliva také šest recyklovaných proutků, na konci září dokončily poslední palivovou kampaň v energetickém reaktoru. V reaktoru VVER-1000 třetího bloku Balakovské jaderné elektrárny byly ozařovány tři cykly, které odpovídají zhruba pěti kalendářním rokům. Dalším krokem má být zkouška několika kazet, které budou mít už výhradně proutky typu REMIX. V budoucnu se očekává, že se tímto opakovaným použitím paliva podaří několikanásobně zmenšit objem odpadů produkovaných jadernými elektrárnami.
