Radioaktivní „bonbony“ zajistí bezpečnost nové generace jaderných reaktorů  
Palivo TRISO pro jaderné reaktory připomíná cucavé bonbony „gobstoppers“ s velkou výdrží. Tvoří jej částice o velikosti zrnek máku, v nichž je oxid uranu obalený vrstvami pyrolytického uhlíku a karbidu křemíku. Reaktory s takovým palivem by měly být bezpečné s mnohem menším úsilím oproti dnešním komerčním reaktorům.
Tenhle gobstopper neobsahuje žádný uran. Kredit: Kwsarrow / Wikimedia Commons.
Tenhle gobstopper neobsahuje žádný uran. Kredit: Kwsarrow / Wikimedia Commons.

„Gobstoppers“ nebo případně „jawbreakers“ jsou bonbony, které mají ohromnou výdrž. Mezi světovými válkami byly mezi dětmi populární, především ve Velké Británii. Mají tvar koulí, které mohou mít průměr až kolem 8 centimetrů. Skládají se z mnoha vrstev, často barevně rozlišených, které jim poskytují výjimečnou odolnost. Takový bonbon prakticky není možné rozkousat a cucání odolávají velice dlouho. U těch největších trvá celé dny a někdy i týdny, než se úplně rozpustí. WillyWonka v Továrně na čokoládu vymyslel takové, co se nerozpustí nikdy.

 

BWTX, logo.
BWTX, logo.

Podobný nápad měli vědci a inženýři, kteří vyvíjejí palivo pro nastupující generaci jaderných reaktorů. Používají podobné bonbony, ovšem nikoliv sladké, nýbrž radioaktivní. Jde o jaderné palivo TRISO (tristructural isotropic), které původně vytvořili ve Velké Británii, v rámci projektu jaderného reaktoru Dragon.

 

Tyto radioaktivní bonbony jsou velké asi jako zrnko máku. Uprostřed částice TRISO paliva je samotné palivo v podobě oxidů uranu, které obklopuje vrstva pyrolytického uhlíku, následovaná vrstvou karbidu křemíku. Povrch částice paliva TRISO vytváří další vrstva pyrolytického uhlíku. Design paliva TRISO se objevuje od šedesátých let, ale doposud bylo takové palivo příliš drahé a nevyhovovalo přísným požadavkům většiny jaderných reaktorů.

 

Částice paliva TRISO o velikosti 0, 845 milimetrů. Kredit: U. S. DoE.
Částice paliva TRISO o velikosti 0, 845 milimetrů. Kredit: U. S. DoE.

Palivo TRISO bylo navrženo tak, aby zabránilo tavení uranu, i při teplotách kolem 1760 °C. Taková teplota přitom značně převyšuje běžné teploty v jaderném reaktoru, které obvykle dosahují 540 až 1100 °C. Jak uvádí Paul Demkowicz, šéf programu Advanced Gas Reactor Field Development and Qualification Program v laboratořích Idaho National Laboratory, v pokročilých reaktorech takové teploty prakticky nelze překročit. Pokud je ještě navíc v takovém reaktoru použito palivo TRISO, tak by podle Demkowicze měl být, přinejmenším teoreticky, odolný vůči nehodám s tavením uranu.

 

Jaderné reaktory staršího data obvykle využívají kontrolní tyče, tvořené stříbrem, bórem a dalšími materiály, které vynikají v pohlcování neutronů štěpné reakce. Tyto tyče bývají velké a extrémně drahé. Pokud je ale bezpečnostní materiál zabudovaný přímo v jaderném palivu, jako v případě TRISO, tak podle expertů značně klesají finanční náklady na konstrukci i provoz reaktoru.

 

Podle Joela Dulina, šéfa Nuclear Operations Group společnosti BWXT, která vyrábí komponenty reaktorů a mimo jiné i palivo TRISO, u reaktorů s palivem TRISO nebude nutné stavět tak mohutné a drahé ochranné prvky. Pokročilý reaktor s palivem TRISO se vejde do komerčního kontejneru a přitom nabídne stejnou úroveň bezpečnosti, jako tradiční jaderné reaktory.

 

BWXT dodají palivo TRISO pro 3D tištěný reaktor vyvíjený v Oak Ridge National Laboratory. Pentagon zase plánuje používat TRISO ve svých pokročilých reaktorech, včetně malých modulárních reaktorů a mikroreaktorů. A společnost X-energy již využívá TRISO ve svém novém reaktoru o výkonu 75 MW. Radioaktivní bonbony mají slibnou budoucnost.

 

Video: BWXT Company Overview - People Strong, Innovation Driven

 

Literatura

Futurism 30. 6. 2020.

Datum: 03.07.2020
Tisk článku

Štatistická ročenka Slovenskej republiky 2018 + CD - kolektív autorov
 
 
cena původní: 1620 Kč
cena: 1507 Kč
Štatistická ročenka Slovenskej republiky 2018 + CD
kolektív autorov
Související články:

Reaktory IV generace     Autor: Vladimír Wagner (16.05.2008)
Jádro vrací úder: Startup NuScale vyvíjí převratný malý reaktor     Autor: Stanislav Mihulka (16.12.2019)
Jaderná energetika v roce 2019     Autor: Vladimír Wagner (14.02.2020)
Autonomní mikroreaktor Aurora utáhne tisíc domácností po dobu 20 let     Autor: Stanislav Mihulka (02.03.2020)
Jaderný minireaktor velikosti pivního sudu bude mít 3D tištěné "jádro"     Autor: Stanislav Mihulka (17.05.2020)



Diskuze:

Určení TRISO paliva

Vladimír Wagner,2020-07-03 17:05:30

Je třeba poznamenat, že TRISO palivo bylo vyvinuto pro vysokoteplotní reaktory chlazené plynem nebo roztavenými solemi typu reaktorů s kulovým ložem. Tyto reaktory mohou mít specifický průběh výměny paliva, které probíhá průběžným dodáváním koulí s palivem a odebíráním vyhořelých. Nepotřebují tak kompenzační tyče. Zároveň mohou mít specifické způsoby řízení reaktoru. Zatím byl takových reaktorů postaven jen velmi omezený počet. Jde většinou o experimentální neenergetické reaktory. Prototypový elektrárenský blok byl německý THTR-300. Prvním reálně komerčním typem pro produkci elektřiny by měl být čínský malý modulární reaktor HTR-PM v elektrárně Š‘-tao-wan. Jde o vysokoteplotní reaktor s kulovým ložem pro palivo typu TRISO chlazený heliem. Podrobněji o stavu prací na něm je v přehledu: https://www.osel.cz/11035-jaderna-energetika-v-roce-2019.html . Něco o reaktorech s kulovým ložem chlazených tekutými solemi je zde: https://www.osel.cz/5094-jaderne-reaktory-iv-generace-vyuzivajici-roztavene-soli.html .

Odpovědět

Regulace bez tyčí

Pavel Krušina,2020-07-03 10:28:59

Děkuji za zajímavý článek.

Můžete mi prosím objasnit, jak je myšleno to, že reaktor s bombónovým palivem nepoužívá regulační tyče? Jak potom reguluje výkon?

Taky mi není jasné, jak velká výhoda je mít palivo v malých zrnkách, pokud tyto neuchladím, tak se rozžhaví stejně, a nejspíš i začnou tavit reaktorovou nádobu kolem sebe. Takže skončí ve formě žhavé hromady makových zrn na dně kontejnmentu a pak co? Chladit to nepůjde, takže po nějaké době se uvnitř překročí i ta teplota 1760 C a dále dle obvyklého scénáře?

Odpovědět


Re: Regulace bez tyčí

Martin S.,2020-07-03 12:00:53

Obaly tech zrnek jsou pojistka, nicmene nejake rizeni reakce by melo byt.
Pro typy reaktoru se podivejte na WP:
https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_fuel#TRISO_fuel

Pokud spravne chapu cenovou vyhodu, jde o to, ze s pojistkou si muzete dovolit mensi ochranu proti roztaveni. Neco jako kdybyste doposud mel domy s privodem elektriny bez pojistek. Musel byste mit nejakou dalsi (drahou) ochranu pred pozary.
Treba nejaky odbornik na jaderne reaktory napise vic (ja jen co si prectu na WP).

Odpovědět


Re: Regulace bez tyčí

Vladimír Bzdušek,2020-07-03 18:03:49

Takéto palivo, v takejto forme, ktoré nie je pevne ukotvené v mriežke reaktorovej nádoby, a naopak "cirkuluje" , sa dá veľmi rýchlo, a veľmi jednoducho "zriediť", čím stratí reaktivitu.

Odpovědět


Re: Re: Regulace bez tyčí

Vojtěch Běhunčík,2020-07-05 18:34:50

Takže musí stále cirkulovat?
Jak se takové palivo skladuje / převáží? Po oddělených kapkách?

Odpovědět


Re: Re: Re: Regulace bez tyčí

Vladimír Wagner,2020-07-06 22:27:35

Většinou se TRISO zrna se většinou dávají do koulí s grafitu a používají v reaktorech s kulovým ložem. Jak tyto koule vypadají a jak se přepravují je na obrázku na konci tohoto článku: https://www.osel.cz/9742-jaderna-energetika-v-roce-2017.html. Tam se dané koule cirkulují. Vkládají se nahoře a dolem se odebírají. Ne všechny reaktory s tímto typem paliva však jsou bez regulačních tyčí. Například ten čínský malý modulární vysokoteplotní reaktor, který se teď dokončuje je má.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace