Kto je v jadre lepší? Američania, Rusi, Francúzi či Kórea. V podcaste VUJE #9 na to odpovedá Andrej Žiarovský

YouTube: bit.ly/4d1AG5R 

Spotify: spoti.fi/3xHeCOQ

Keď začneme porovnávať jadrové palivo, rozdiely v amerických a ruských palivových súboroch budú viac ako len geometrické. „Ruské jadrové palivo do reaktora typu VVER má tvar šesťuholníka a oproti tomu americkému v tvare štvorca sa omnoho jednoduchšie zmestí do kruhového otvoru, čo v konečnom dôsledku zohráva významnú úlohu pri konštrukcii samotného reaktora. Vďaka tvaru paliva má ruský jadrový reaktor pri rovnakom výkone menší priemer,“ vysvetľuje Andrej Žiarovský.

Šesťuholníkový tvar paliva je podľa neho výhodnejší aj z pohľadu tzv. neutrónovej bilancie, ktorá vzniká v rámci štiepnej reakcie, a práve vďaka tvaru paliva dochádza k menšiemu úniku neutrónov. Svoju verziu palivových súborov pre reaktory VVER skonštruovali aj Američania. Prvýkrát ich použili vo fínskej elektrárni Loviisa a neskôr pre reaktory VVER 1000 v českej elektrárni Temelín, museli sa však vysporiadať s inými termohydraulickými parametrami ruských reaktorov.

„Americké technológie výroby jadrového paliva zvolili štvorcový tvar, pretože sa dá oveľa ľahšie variovať a prispôsobiť veľkosť zmenám z pohľadu výroby,“ hovorí Žiarovský a pokračuje, že americké reaktory spoločnosti Westinghouse na druhej strane ťažia z technológií ponorkových reaktorov, majú preto oveľa prepracovanejšie vnútorné prietočné časti primárneho okruhu.

A čo uránové centrifúgy, vedú v nich naozaj Rusi?

Treba objasniť, že technológia centrifúgovej separácie izotopu uránu 235, ktorá sa spomína aj v predchádzajúcom podcaste VUJE #8, uzrela svetlo sveta krátko po prvej svetovej vojne, pričom prvú separáciu sa podarilo uskutočniť v roku 1936. Technológiu zdokonalili vedci Jesse Beams a Harold C. Urey z amerického projektu Manhattan. V tom období sa však za efektívnejšiu metódu obohacovania uránu považovala plynová difúzia, technológia centrifúg bola preto v USA odsunutá.

Do dejín sa zapísala špionáž Klausa Fuchsa, ktorý sa tiež podieľal na tajnom americkom jadrovom výskume, ale informácie o technológii centrifúg ako aj ďalšie tajné údaje z jadrového výskumu odovzdal vtedajšiemu Sovietskemu zväzu. Prvú kaskádu centrifúg tak v roku 1942 postavili aj Rusi.

Zlom v tejto technológii priniesli až traja nemeckí vedci, ktorých Rusi zajali medzi ďalšími asi šesťdesiatimi, a prinútili pracovať na jadrovom výskume. Manfred von Ardenne, Max Steenbeck, a vedúci výskumného projektu Gernot Zippe rozvinuli a zdokonalili technológiu centrifúg niekedy po roku 1946. Tento typ zariadenia dostal meno Zippe.

Vedci boli zo zajatia prepustení až po Stalinovej smrti v polovici 50-tych rokov, iba Gernot Zippe však odišiel z Ruska do Rakúska. „Mal fenomenálnu pamäť. Napriek tomu, že musel všetky svoje poznámky nechať v Sovietskom zväze, v priebehu pár týždňov dokázal výsledky vedeckého výskumu zrekonštruovať a opäť položiť na papier. Na jednej z konferencií ich v roku 1949 dokonca aj odprezentoval,“ popisuje priebeh prelomových historických udalostí Andrej Žiarovský, pričom dodáva, že vďaka tomu sa technológia rozšírila do Európy, kde je v súčasnosti lídrom tejto metódy holandská spoločnosť Urenco.

Záujem o technológiu centrifúgovej separácie začal v päťdesiatych rokoch minulého storočia narastať aj v USA. Američania ponúkli Zippemu, aby u nich zostal, on im ale iba odovzdal svoje nazbierané vedecké poznatky. Na konci studenej vojny sa však USA podarilo takmer zrušiť celý svoj priemysel na obohacovanie uránu. Ako k tomu došlo?

„Začiatkom 90-tych rokov bol Sovietsky zväz vo veľmi zložitej situácii. Hrozilo, že vedci, ktorí ovládajú technológie na výrobu zbraní, ich protizákonne postúpia záujmovým skupinám,“ hovorí Andrej Žiarovský s tým, že Spojené štáty prišli v tom období s programom Megatons to Megawatts, ktorého cieľom bolo odkúpiť od Sovietskeho zväzu prebytok zbraňového štiepneho uránu a premeniť ho na nízko obohatený urán, použiteľný ako palivo v jadrových elektrárňach.

Projekt výrazne uľahčil plnenie zmlúv SALT (Strategic Arms Limitation Talks) a START (Strategic Arms Reduction Treaty) o redukcii jadrového arzenálu, uzavretých medzi ZSSR a USA ešte v 70. a 80-tych rokoch 20. storočia.  

Prvá výmena uránu medzi ZSSR a USA sa uskutočnila v roku 1998 a celý projekt Megatons to Megawatts trval do roku 2013. „Až 10 % elektrickej energie Spojených štátov tak v určitom momente pochádzalo z delaborovaného ruského zbraňového uránu,“ zdôrazňuje v podcaste náš člen predstavenstva VUJE, a. s., a riaditeľ pre strategický rozvoj a medzinárodné projekty.

Americká spoločnosť na obohacovanie uránu sprivatizovaná v roku 1992 US Enrichment Corporation nebola ale prívalu lacného uránu z Ruska schopná ďalej konkurovať. Spojené štáty preto museli uzavrieť a konzervovať jednotlivé obohacovacie fabriky a kaskády, vrátane dvanásť metrov vysokých centrifúg v Piketone v Ohiu, ktoré uzavreli v 2011. USA sa tak nedávno dostalo do situácie, kedy až 90 % obohateného uránu na prevádzku svojich, vtedy ešte sto atómových elektrární, dovážalo.

V Európe je už historicky jadrovou veľmocou Francúzsko. Vyniká najlepšou termodynamickou účinnosťou reaktorov EPR, ktorá dosahuje až 37,5 – 37,7 percenta práve vďaka veľkosti a komplexite sekundárnej časti jadrového bloku.

Ako pokračoval vývoj obohacovacích kapacít USA a aké nariadenie podpísal v máji tohto roku americký prezident Biden, ako aj to, kto vedie v otázke jadrovej bezpečnosti vo svete, alebo čo znamená jadrová redundancia či ďalšie zaujímavosti sa dozviete pri vypočutí celého podcastu na Spotify v rubrike Jadrová energia alebo na YouTube kanáli našej spoločnosti VUJE, a. s.