Klávesové zkratky na tomto webu - základní­
Přeskočit hlavičku portálu


Ako vyradiť jadrovú elektráreň guľôčkami

aktualizováno 
Pred 40 rokmi došlo k najzávažnejšej jadrovej nehode na území bývalého Československa. Reaktor v elektrárni A1 vyradilo sto gramov silikagélu.

Pohled na elektrárnu A-1 v Jaslovských Bohunicích před zahájením stavby dalších reaktorů typu VVER v areálu | foto: Profimedia.cz

V češtině

Pokud není slovenština pro vás, českou verzi textu najdete zde.

Krajiny bývalého Československa hrali v histórii vedeckého výskumu rádioaktivity jednu vedľajšiu, ale nie úplne nedôležitú rolu: Marie Curie-Skłodowska aj iní odborníci pracovali s jáchymovskou uránovou rudou. Práve v nej táto dvojnásobná nositeľka Nobelovej ceny objavila rádium, čo zásadne pomohlo pochopiť podstatu rádioaktivity ako prejavu rozpadu atómových jadier.

Historický detail dobre ilustruje výhodu, ktorú Československo na začiatku výskumu a vývoja atómu malo. Generácie atómových priekopníkov v českých krajinách (menujme za všetkých profesora Václava Petržílku) si ju dobre uvedomovali. Zo „socialistického tábora“ sa vydali na cestu k jadrovej energetike okrem Sovietskeho zväzu iba dve krajiny. A tak kým Východné Nemecko siahlo po sovietskej technológii nakoniec osvedčených reaktorov typu VVER, v Československu boli ambicióznejší: rozhodli sa postaviť reaktor do značnej miery unikátny, ktorý by na rozdiel napríklad od tzv. tlakovodných VVER reaktorov využíval ako palivo prírodný kovový urán. Nemuseli by sme teda kupovať palivo obohatené uránom 235 zo zahraničia (vtedy ZSSR), ale vyrábali by sme si ho sami. (Postaviť továreň na obohacovanie sa v českých (prípadne slovenských) podmienkach nemohlo a stále nemôže oplatiť, je to extrémne energeticky náročná technológia a musí byť dostatočné množstvo zákazníkov.)

Ako ho rozhýbať

Prírodný urán však nie je úplne ideálne palivo, pretože obsahuje len zlomok (sedem desatín percenta) štiepiteľného uránu U-235, zvyšok tvorí z jadrového hľadiska „hluchý“ urán 238. Znamená to, že štiepna reakcia v takom materiáli prebieha len neochotne a reaktor, ktorý chce neobohatený urán využívať, musí byť v porovnaní s dnes rozšírenými komerčnými typmi veľmi „exotický“.

V Československu sa preto rozhodli využívať tzv. ťažkú vodu, teda D2O. Je to chemicky v podstate voda - v jadre sú však namiesto dvoch atómov bežného vodíka dva atómy iné „varianty“ (izotopu) deutéria (odtiaľ D vo vzorci). To je laicky povedané „ťažký vodík“, pretože obsahuje v jadre protón a neutrón; bežný vodík v jadre žiadny neutrón nemá.

Z hľadiska jadrových fyzikov má ťažká voda tú výhodu, že je výborným „moderátorom“ a len minimálne pohlcuje neutróny. Dokáže dobre „spomaľovať“ (tzv. moderovať) neutróny, ktoré vylietajú z rozpadajúcich sa jadier uránu. Tie sú také rýchle, že za bežných okolností by prakticky okamžite vyleteli bez úžitku z reaktora. Na udržanie štiepnej reakcie je však nutné, aby časť z nich zasiahla ďalšie atómy, rozbila ich, z nich vyleteli ďalšie neutróny atď. Jedine tak môže zariadenie vyrábať energiu.

Voda je relatívne dobrý materiál pre moderáciu a ťažká voda je ešte lepšia, pretože sa v nej menej neutrónov „stratí“ v jadrách vody apsorpciou. D2O tak dokáže udržať v chode i reaktor obsahujúci neobohatený prírodný urán. Vo väčšom meradle sa dnes používa len v reaktoroch CANDU, je extrémne drahá.

Druhou zvláštnosťou reaktora bolo z dnešného pohľadu i zvolené chladenie pomocou oxidu uhličitého (CO2). Teplo z reaktora odvádzal plyn (CO2) pod vysokým tlakom do parogenerátorov, v ktorých sa produkovala para na pohon turbogenerátorov, ktoré vyrábali elektrinu. (Ťažká voda a plyn mali samozrejme vlastné okruhy, o tom ďalej.) Plynom chladené reaktory majú svoje výhody, napríklad môžu pracovať s vyššími teplotami na výstupe z reaktora, čím sa zvyšuje účinnosť výroby elektriny, ale aj nevýhody (napríklad spotrebujú väčšiu časť vyrobenej elektriny na vlastnú prevádzku), a tak boj s reaktormi chladenými vodou z rôznych dôvodov prehrali. V čase rozhodovania to však ťažko niekto mohol vedieť.

Řez reaktorem A-1. Reaktor je ve středu obrázku (oranžová „nádoba“ ve spodním patře), vpravo od něj je parogenerátor. Ve „žluté“ hale vlevo je vidět zavážecí stroj (červený).

Řez reaktorem A-1. Reaktor je ve středu obrázku (oranžová „nádoba“ ve spodním patře), vpravo od něj je parogenerátor. Ve „žluté“ hale vlevo je vidět zavážecí stroj (červený).

Ide, ako sa dá

Aj keď rozhodnutie o type reaktora padlo vo vtedajšej ČSR (ČSSR od roku 1960) a niekedy sa označuje za „československý“, konštrukčný návrh reaktora a ďalších kľúčových častí elektrárne sa realizoval v úzkej spolupráci so sovietskymi odborníkmi a z veľkej časti vznikol počas dlhej stáže našich inžinierov a technikov v ZSSR. Experti z východu boli v elektrárni prítomní aj počas stavby a spustení do prevádzky. Výrobu a stavbu však zaisťovali len československé podniky: projektantom bol Energoprojekt Praha, technológie dodávala Škoda Plzeň, ČKD, První brněnská, ZVVZ Milevsko, Strojárne Dubnica a ďalší. Stavebnú časť realizoval Hydrostav Bratislava.

Reaktor dostal označenie KS-150 (hovorí sa, že z ruského „Kotěl Stancionnyj“, ale aj „kritický súbor“ 150 MW) a celý projekt bol označený ako A1 (A ako „atóm“, samozrejme). Stavba začala v auguste 1958 asi tri kilometre od obce Jaslovské Bohunice pri Trnave. Rozhodne však neprebiehala hladko, a tak k spusteniu elektrárne došlo až v októbri 1972 s cenovkou zhruba tri miliardy vtedajších československých korún.

Prevádzkové výsledky neboli oslnivé. Prvých päť rokov bol reaktor viac než tridsaťkrát neplánovane odstavený a nedarilo sa plne dosiahnuť ani plánované výkony. Problémy boli s najrôznejšími časťami elektrárne, napríklad s parogenerátormi, teda zariadeniami, v ktorých CO2 odchádzajúci z reaktora odovzdával teplo pare poháňajúcej turbíny. V nich sa našlo počas prevádzky cca 130 tisíc mikroskopických netesností, takže slovami pamätníkov „sa tam neustále zváralo“. Problémy vyvrcholili dvomi udalosťami, ktoré sa bohužiaľ zapísali do dejín atómovej energie.

Technické srdce A1

Výroba elektriny v elektrárni A1 prebiehala v reaktore, ktorý mal typové označenie KS-150 . Číslica v názve označuje plánovaný elektrický výkon reaktora, ktorý bol zhruba 150 MW. Presne to podľa projektu malo byť 144 MW, z ktorých ešte približne 34 MW mala spotrebovať elektráreň, takže do siete dodával 110 MW. V praxi bol výkon trochu horší, maximálny dosiahnutý elektrický výkon bol 127 MW. Reaktor mal v prevádzke podľa projektu vyrábať 560 MW tepla, takže efektívne sa na výrobu elektriny darila využiť asi štvrtina celkového výkonu zariadenia. (Dnes sa v moderných reaktoroch vďaka rôznym vylepšeniam efektivita využitia tepla blíži k 35-40 percentám.)

Tlaková nádoba reaktora mala valcovitý tvar s priemerom 5,1 m, výškou 20 metrov, hrúbkou stien 150 mm a celkovou hmotnosťou 705 ton (vrátane veka a skrutiek) zvarená z kovaných dielov uhlíkovej ocele. V nej bola na úrovni aktívnej zóny umiestnená nádoba z hliníkovej zliatiny na ťažkú vodu, ktorá mala priemer 4,5 m a výšku 5,8 m s celkovou hmotnosťou 32 ton. Aktívna zóna reaktora bola tiež valcová s priemerom 3,65 m a výškou 3,91 m, pričom bola vybavená radiálnym reflektorom s hrúbkou 420 mm. Všetkých 148 vertikálnych palivových kanálov bolo usporiadaných v štvorcovej mreži s roztečou 250 mm, pre lepšie rozloženie neutrónového toku po polomere bola aktívna zóna rozdelená na dve pásma. Vnútorné pásmo obsahovalo 44 palivových kanálov, vonkajšie pásmo 104 palivových kanálov.

Nestačili dobehnúť

Prvá z nich bola z technického hľadiska menej vážna, došlo však k stratám na životoch: piateho januára 1976 v elektrárni zahynuli dvaja ľudia. K nehode došlo počas výmeny paliva, čo bola v elektrárni celkom bežná činnosť. Využitie prírodného uránu si to vyžadovalo.

Palivo sa do reaktora zasúvalo zhora z tzv. reaktorovej haly v podobe valcov („článkov“) dlhých zhruba päť metrov do pripravených kanálov hlbokých viac než desať metrov. Článok sa mal po zasunutí do otvoru na dne pomocou špeciálneho mechanizmu zachytiť, ale to sa 5. januára 1976 nestalo. Kvôli chybe pri kompletizácii článku a namáhaniu pri manipulácii sa mechanizmus „zámku“ vyklopil len sčasti, takže zátka sa dostatočne neupevnila.

Výroba zavážecího stroje pro elektrárnu A-1 v plzeňské Škodovke.

Výroba zavážecího stroje pro elektrárnu A-1 v plzeňské Škodovke.

Vo chvíli, keď už obsluha považovala operáciu za hotovú a kanál so zátkou uzavrela a utesnila, päťmetrový článok vyletel z reaktora ako strela. Nečudo, v tej chvíli mal plyn v chladiacom okruhu tlak 60 atmosfér. Pri udalosti, ktorá nastala presne za päť minút dvanásť (skutočne presne o 11:55), sa našťastie nikto nezranil, ale do haly sa začal dierou okamžite valiť oxid uhličitý. Traja ľudia, ktorí boli na mieste, vyvolali poplach a z haly utiekli s oprávneným strachom z udusenia.

Signál bohužiaľ nezačuli včas dvaja zamestnanci (Libor Benda a Izidor Ferech) pracujúci v inej miestnosti pod reaktorovou halou, kam CO2 začal tiež rýchlo prúdiť. Nebezpečenstvo si uvedomili a vydali sa k východu, ale zrejme im došli sily a udusili sa skôr, ako sa dostali do bezpečia.

Obsluha sa v tom čase snažila zachrániť elektráreň. Únik CO2 znamenal, že klesala účinnosť chladenia a hrozilo, že sa reaktor prehreje. Je nemožné, aby došlo k rozbehu neriadenej štiepnej reakcie či väčšiemu výbuchu, ale zrejme by došlo k niečomu podobnému ako na reaktoroch vo Fukušime – k veľkému poškodeniu či roztaveniu časti aktívnej zóny reaktora. To by znamenalo jeho úplný odpis.

Nakoniec sa však dvaja zamestnanci vybavení dýchacími prístrojmi vrátili do reaktorovej sály a otvorený kanál uzavreli hlavicou stroja na výmenu palivových článkov (tzv. zavážací stroj). Nevyzeralo to však sľubne: po prvé bol prúd unikajúceho plynu taký silný, že dotyčný technik Viliam Pačes nedokázal presne zamieriť na zameriavací kríž technologického kanálu, pretože sa obraz v jeho „zameriavači“ vlnil (stroj bol vybavený optikou so zameriavacím krížom). Navyše bol vrch kanálu namrznutý, pretože rýchlo expandujúci plyn sa ochladzoval tak prudko, že vlhkosť z okolitého vzduchu sa vyzrážala a zamrzla. Zásah bol však nakoniec dokonalý, navyše námraza sa sama roztopila, keď sa únik plynu čiastočným zablokovaním otvoru spomalil, a tak zhruba hodinu po nehode (o 12:59) bola situácia pod kontrolou.

Škody na reaktore našťastie neboli veľmi vážne a aj únik rádioaktivity bol veľmi obmedzený. A1 obstála pomerne dobre, aj keď obsluha zo začiatku evidentne nereagovala správne a jej zásah mohol situáciu len zhoršiť (hrozilo prehriatie). O rok a mesiac neskôr to bolo inak.

Desať deka katastrofy

Dňa 22. februára 1977 totiž pri vkladaní palivového článku došlo k ďalšej nehode. Bolo to neskoro popoludní a vývoj udalostí sa zdal na pohľad trochu menej dramatický. Keď obsluha vložila článok do pripraveného kanálu, ten sa po niekoľkých minútach začal pomaly vysúvať naspäť. Merania teploty naznačovali, že teplota v kanáli presahuje prípustné hodnoty, takže obsluha, ktorá nemala presnú predstavu, čo sa deje, reaktor o 18:27 (úplne správne) odstavila. V tú chvíľu nikto nevedel, že znovu už ho nespustia.

Keď sa neskôr podarilo problémový článok prezrieť (na to bola v A1 špeciálna tzv. horúca komora, do ktorej sa pozeralo priezorom s tieniacim olovnatým sklom), zistilo sa, že je článok v podstate prepálený na polovicu. Palivový článok bol pokrytý vrstvou čiernych usadenín, v ktorých však boli vidieť biele guľôčky, ktoré sa podarilo identifikovať ako silikagél. To je chemicky oxid kremičitý vo forme granúl či guľôčok, ktorý dobre pohlcuje vlhkosť.

Řez palivovým článkem pro elektrárnu A-1. Snímek byl proti originálu otočen o 90 stupňů doprava.

Řez palivovým článkem pro elektrárnu A-1. Snímek byl proti originálu otočen o 90 stupňů doprava.

V A1 sa silikagél pridával do plastových vriec, v ktorých sa skladovali zmontované články. Spätné vyšetrovanie ukázalo, že keď obsluha v dielni palivových článkov onen článok vyberala z obalu, aby ho pripravila na odvoz do reaktora, článok so silikagélom bol roztrhnutý. Zamestnanci vysali guľôčky, ktoré videli, ale poriadne článok neprezreli. Asi sto gramov silikagélu prepadlo medzi jednotlivé prúty s palivom a zachytilo sa na distančných mriežkach, ktoré slúžili na udržanie vzdialenosti medzi jednotlivými prútmi článku.

Silikagél nebolo vidieť, ale pri vkladaní zafungoval ako zátka, ktorá priškrtila prietok chladiaceho CO2, obtekajúceho okolo prútov s palivom. Môže sa to zdať ako drobnosť, ale pri „sile“ jadrového reaktora mala osudové následky: dotyčná časť článku sa nakoniec zahriala až na teplotu okolo 1 400 °C. Pri tejto teplotách sa kov chrániaci uránové palivo odtavil z tyčí a i kovový urán začal v CO2 horieť. Dolná časť článku sa odtavila a jej časť skončila roztavená na dne „komory horúceho plynu“ a stenách palivového kanálu.

Roztavený materiál bohužiaľ napáchal značné škody. Ako už bolo spomenuté, palivové články chladil prietok oxidu uhličitého, kým na „udržanie“ reakcie (moderáciu neutrónov) sa používala ťažká voda. Tá prúdila iným okruhom než chladiaci CO2 – zjednodušene si to možno predstaviť tak, že reaktor tvorí les rúr s prúdiacim plynom posadených v bazéne naplnenom (ťažkou) vodou. Extrémna teplota horiaceho článku však prepálila stenu oddeľujúcu plyn od vody, a tým sa vytvoril celý rad problémov.

Voda sa dostala do okruhu CO2, a tým aj ku všetkým ostatným článkom v reaktore. Pretože ochranná vrstva prútov s palivom bola zo zliatiny horčík a berýlia, začala sa vo vlhkom CO2 rozpúšťať. Po celom okruhu chladenia sa šírili rádioaktívne materiály, ktoré by inak ostali v prútoch. Významná časť zariadenia teda začala nebezpečne žiariť. Únikom do okolitého prostredia sa podarilo z veľkej časti zabrániť, hoci nie úplne. (Muselo dôjsť k sanácii potoka Manivier, do ktorého vytekala odpadová voda z elektrárne, pretože v ňom boli pomerne významne prekročené normy. Následky na zdraví obyvateľov zaznamenané neboli.)

Poškodenie bolo veľké a bolo isté, že náprava situácie by bola drahá. Škody na reaktore i parogenerátore boli značné (v prípade jedného z parogenerátorov sa hovorilo o celkovej výmene, čo by bola ohromná investícia). Navyše v tom čase už v Jaslovských Bohuniciach prebiehala výstavba „klasického“ tlakovodného reaktora VVER-440. Nakoniec teda prišlo rozhodnutie, ktoré sa asi dalo čakať: prevádzka A1 bude ukončená. Prvá jadrová elektráreň na území bývalého Československa teda nakoniec fungovala 19 261 hodín (cca dva roky a mesiac čistého času), vyrobila 1464 GWh a dodala do siete 916 GWh. Na porovnanie: elektráreň Temelín na dvoch blokoch vyrobila v roku 2015 priemerne zhruba 14230 GWh.

Dlhý koniec

Následky nehody, o ktorej sa v tej dobe nehovorilo, sa odstraňujú dodnes. Až do roku 1995 prebiehalo v A1 technickou terminológiou povedané „ukončovanie prevádzky“, hoci elektráreň od februára 1977 už nikdy nefungovala. Odvážanie paliva, ktoré skončilo v Rusku (či bývalom ZSSR) skončilo až v roku 1999, od tej doby sa pracuje na iných častiach.

Najprv sa rozobrala pôvodná strojovňa, v ktorej vznikla prevádzka na narábanie s odpadom. Začalo sa samozrejme menej nebezpečným materiálom typu oblečenie obsluhy a ďalšieho málo aktívneho materiálu. Až postupne sa bude prechádzať k likvidácii samotného jadra elektrárne. K nemu by sa však technici a inžinieri mali dostať až po roku 2025 s termínom dokončenia zatiaľ stanoveným na rok 2033. Likvidácia stavebných častí však bude prebiehať stále, zrejme až do roku 2050. Jadrové nehody mávajú dlhý život, aj keď na ich začiatku je len pár desiatok gramov plastových guľôčok.

Článek byl převzat z magazínu Svět plný energie věnujícím se energetice. Byl redakčně upraven. Originál (také ve slovenštině) najdete zde.

Autor:




Hlavní zprávy

Najdete na iDNES.cz



mobilní verze
© 1999–2017 MAFRA, a. s., a dodavatelé Profimedia, Reuters, ČTK, AP. Jakékoliv užití obsahu včetně převzetí, šíření či dalšího zpřístupňování článků a fotografií je bez souhlasu MAFRA, a. s., zakázáno. Provozovatelem serveru iDNES.cz je MAFRA, a. s., se sídlem
Karla Engliše 519/11, 150 00 Praha 5, IČ: 45313351, zapsaná v obchodním rejstříku vedeném Městským soudem v Praze, oddíl B, vložka 1328. Vydavatelství MAFRA, a. s., je členem koncernu AGROFERT.