Japonská atomová elektrárna - proč se ji máme bát? 1. část

Japonská atomová elektrárna - proč se ji máme bát? 1. část

Jaderná elektrárna ve Fukušimě a její konstrukce

Elektrárny ve Fukušimě mají takzvané varné reaktory, zkráceně BWR (boiling water reactor). Varné reaktory se podobají tlakovým hrncům. Jaderné palivo ohřívá vodu, ta se vaří a mění v páru, která posléze pohání turbíny, vyrábějící elektrickou energii, pára je poté ochlazována, kondenzací se mění ve vodu a ta je znovu ohřívána jaderným palivem. Tento tlakový hrnec pracuje při teplotách kolem 250°C.

Jaderným palivem je oxid uranu. Oxid uranu je keramická hmota s vysokým tavným bodem, zhruba 3000°C. Palivo je vyráběno v podobě malých válečků (zhruba o velikosti jednoho dílku stavebnice LEGO). Ty jsou poté vloženy do dlouhé trubky ze slitin zirkonia s tavným bodem 2200°C, která je poté zapečetěna. Tato trubice se nazývá palivová tyč. Tyto palivové tyče jsou poté sdružovány do skupin po více kusech a několik takových skupin posléze tvoří celý reaktor. To vše dohromady je označováno jako „jádro“.

Zirkoniový obal je prvním stupněm bezpečnosti. Odděluje radioaktivní palivo od okolí.

Jádro je poté umístěno do tlakové nádrže. Ta je zmíněným tlakovým hrncem, o kterém jsme mluvili před chvílí. Tlaková nádrž tvoří druhý stupeň bezpečnosti. Jedná se o pořádně odolný hrnec, navržený tak, aby vydržel teploty několika stovek stupňů Celsia. Tím jsou v podstatě ošetřeny situace, kdy ještě lze obnovit systémy chlazení.

Veškerý „hardware“ jaderného reaktoru – tlaková nádrž a veškeré potrubí, čerpadla, nádrže chladící tekutiny (vody) – jsou poté uzavřeny do třetího obalu. Třetí obal je hermeticky uzavřený (vzduchotěsně) a jedná se o velmi masivní bublinu z nejodolnější oceli a z betonu. Třetí obal je navržen, postaven a testován s jediným cílem: odolat po neomezeně dlouhou dobu kompletnímu roztavení jádra reaktoru. Za tímto účelem je pod tlakovou nádrží (druhý bezpečnostní obal) vytvořen velký a velice odolný betonový zásobník, umístěný uvnitř třetího obalu. Je to takzvaná „jaderná jímka“. Pokud se začne jádro tavit a tlaková nádoba praskne (a případně se roztaví), zachytí jímka jak roztavené palivo, tak i vše ostatní. Obvykle je navržena tak, aby se roztavené jaderné palivo co nejvíce rozprostřelo a mohlo tak rychleji vychladnout.

Tento třetí bezpečnostní obal následně obklopuje ještě samotná reaktorovna. Ta slouží jako vnější ochrana, která je navržena s cílem chránit reaktor před vlivem počasí, ale v zásadě ničeho dalšího (právě k jejímu poškození při výbuchu ve Fukušimě došlo, ale o tom více později).

Základy jaderné reakce

Uranové palivo vytváří teplo prostřednictvím štěpných procesů. Velké atomy uranu jsou štěpeny na atomy menší. Tím vzniká teplo a neutrony (jedna z částic, které tvoří atom). Když neutron narazí do jiného atomu uranu, tento se štěpí, uvolní se další neutrony a tak to probíhá dál a dál. To je takzvaná jaderná reakce.

Dát k sobě spoustu palivových tyčí a nechat je prostě být by mělo velice rychle za následek prudký nárůst teploty a po zhruba 45 minutách by se palivové tyče roztavily. Tady je jistě dobré připomenout skutečnost, že palivo v jaderném reaktoru nemůže NIKDY způsobit řetězovou reakci explozivního charakteru, k jaké dochází při použití jaderné bomby. Vytvořit jadernou bombu je vlastně docela těžké (zeptejte se Íránců). Výbuch v Černobylu byl způsoben nadměrným tlakem, výbuchem vodíku a protržením všech ochranných obalů, což mělo za následek rozptýlení jaderného paliva do ovzduší (tzv. „špinavá bomba“). Proč k tomu nedošlo a nedojde v Japonsku zmíním níže.

Aby bylo možné štěpnou reakci v reaktoru řídit, používá jeho obsluha takzvané „řídící tyče“. Řídící tyče pohlcují neutrony a okamžitě zastavují štěpnou reakci. Jaderný reaktor je navržen tak, že pokud vše funguje optimálně, jsou řídící tyče zcela vytažené. Chladící voda odvádí vytvářené teplo (a mění ho na páru a elektřinu) stejnou rychlostí, jakou ho jádro produkuje. A při standardní operační teplotě kolem 250°C se vše pohybuje v poměrně velkých pásmech tolerance.

Háček spočívá v tom, že poté, co jsou do jádra spuštěny řídící tyče a zastavena štěpná reakce, jádro stále ještě vytváří teplo. Uran „zastavil“ štěpnou reakci. Ale při procesech jeho štěpení vzniká celá řada vedlejších radioaktivních materiálů, především izotopy cesia a jódu, tedy radioaktivní verze prvků, které se posléze rozštěpí na menší atomy a přestanou být radioaktivní. Tyto prvky se nadále štěpí a produkují teplo. Protože už nedochází k jejich regeneraci štěpením uranu (uran se přestal štěpit po vložení řídících tyčí), celý proces zvolna utichá a jádro několik dní zvolna vychládá až do okamžiku, kdy jsou všechny vedlejší radioaktivní prvky spotřebovány.

A právě toto zbytkové teplo je v současné době zdrojem všech problémů.

Prvním „druhem“ radioaktivního materiálu je tedy uran v palivových tyčích, plus vedlejší radioaktivní prvky, které vznikají štěpením uranu taktéž uvnitř palivových tyčí (cesium a jód).

Dochází zde ale ještě ke vzniku druhého typu radioaktivních materiálů mimo palivové tyče. Hlavní rozdíl: tyto radioaktivní materiály mají velice krátký poločas rozpadu, což znamená, že se velice rychle mění v neradioaktivní prvky. Pokud říkám rychle, myslím tím v řádu sekund. Takže i v případě, že dojde k jejich úniku do okolí, tak ano, došlo k úniku radioaktivního materiálu, ale ne, není to vůbec nebezpečné, ani v nejmenším. Proč? Než dokážete vyslovit slovo „radionuklid“, budou už neškodné, protože se rozloží na prvky, které nejsou radioaktivní. Těmi radioaktivními prvky jsou N-16, radioaktivní izotopy (neboli verze) dusíku (vzduchu). Mezi další patří vzácné plyny jako argon. Ale odkud se berou? Když dochází ke štěpení uranu, uvolňují se neutrony (viz výše). Většina z těch neutronů narazí do jiných uranových atomů a budou tak udržovat v chodu řetězovou štěpnou reakci. Ale některé z nich opustí palivovou tyč a narazí na vodní molekuly nebo na molekuly vzduchu, které jsou ve vodě obsaženy. Poté může dojít k tomu, že je neutron „zachycen“ neradioaktivním prvkem. Ten se stane radioaktivním. Jak bylo zmíněno výše, takový prvek se svého nového neutronu velice záhy zbaví a znovu se promění do své původní neškodné podoby.

Tento druhý „typ“ radiace bude velice důležitý, až se zanedlouho budeme bavit o úniku záření do okolí reaktoru.

Zdroje:

piratskenoviny.cz

edgeoftheworld.cz

Přejdi na 2. část článku s názvem Japonská atomová elektrárna - proč se ji máme bát?

Další příspěvky autora: michelllin

Články ve stejných kategoriích:

Ze zahraničí   Japonsko   Japonská jaderná elektrárna   Japonská atomová elektrárna   Jaderná elektrárna Fukushima