Reaktory chlazené roztavenými solemi

V krátkodobém horizontu se bude ve světě stavět většina nových reaktorů jako lehkovodní reaktory, tedy stejný typ, který ve 20. století vedl k počátečnímu boomu zavádění jaderné energie. Svou roli však mohou hrát i další projekty, včetně těch, které používají jako palivo a současně chladicí kapalinu roztavené soli. V mnoha ohledech se reaktory s roztavenou solí (MSR – molten salt reactors) příliš neliší od konvenčních jaderných reaktorů, ale na rozdíl od vodou chlazených jsou aktivní zóny MSR chlazeny solemi. Tento konstrukční prvek může poskytnout četné výhody z hlediska účinnosti a činí MSR zvláště vhodnými i pro jiné aplikace, než jen pro výrobu elektřiny.

MSR mají původ v Oak Ridge National Laboratory (ORNL) ve Spojených státech a původně byly vyvinuté jako součást experimentu Aircraft Reactor Experiment v 50. letech 20. století. V letech 1965 až 1969 provedl ORNL pokus známý jako Experiment Molten-Salt Reactor (MSRE), při němž provozoval experimentální 7,34 MW_t  MSR. Projekt dokázal použitelnost koncepce reaktorů s kapalným palivem chlazených roztavenými solemi. Výhodou této technologie je pouze velmi malé množství zbývajících vysokoaktivních odpadů a tzv. pasivní bezpečnostní systémy (to znamená založené na fyzikálních zákonech, neovlivnitelných lidským činitelem). V řešení ještě zůstává vývoj reaktorových komponent schopných pracovat při velmi vysokých teplotách.

MSR pro průmysl 

„MSR byly poprvé navrženy a testovány již před několika desítkami let, ale teprve nyní se dočkají komerčního nasazení,“ řekla Tatjana Jevremovičová, úřadující vedoucí sekce rozvoje jaderných energetických technologií MAAE. „Chladicí kapaliny z roztavené soli mají výjimečnou kapacitu pro absorpci tepla, což by mohlo umožnit MSR pracovat při velmi vysokých teplotách potřebných k produkci vysoce kvalitního tepla pro pohon průmyslových procesů včetně výroby vodíku.“

Roztavené soli se mohou použít jako chladicí kapalina, ale také jako palivo. Většina moderních návrhů je založena na kapalných palivech rozpuštěných v chladicí kapalině na bázi roztavené soli. Jiné návrhy mají tuhé palivo ve formě tradičních tyčí a roztavené soli slouží pouze jako chladicí kapalina.

 „MSR mají potenciál stát se nejekonomičtějším typem reaktoru pro provoz s uzavřeným palivovým cyklem,“ říká Jiří Křepel, vedoucí vědecký pracovník ve skupině pokročilých jaderných systémů v Institutu Paula Scherrera a předseda pracovní skupiny MSR na mezinárodním fóru IV. generace. „Několik projektů využívajících thorium-232 a uran-238 by mohlo poskytnout bezprecedentní kombinaci bezpečnosti a udržitelnosti palivového cyklu.“ 

Návrhy MSR ve vývoji 

Několik návrhů MSR je v současné době ve vývoji a blíží se připravenosti k nasazení. V Kanadě prošel koncept malého modulárního reaktoru (SMR) na bázi roztavené soli v roce 2023 zásadní revizí návrhu dodavatele před udělením licence, což je první taková revize dokončená pro MSR. A další projekty, včetně Číny a USA, úspěšně pokračují s nadějí, že MSR by se mohly začít rozmisťovat již v polovině 30. let 21. století. „MSR přispějí k minimalizaci jaderného odpadu a zvýší odolnost proti šíření jaderných zbraní,“ řekl Kailash Agarwal, specialista IAEA na zařízení pro palivový cyklus. „MSR, zejména ty, které jsou poháněny palivem složeným z U-233 a solí thoria, mohou také pomoci při zachování přírodních zdrojů uranu.“

Navzdory optimismu ohledně nasazení MSR v relativně blízké budoucnosti, zbývá vyřešit klíčové problémy: Musejí se připravit normy v oblasti bezpečnosti konstrukce a přepravy palivové soli. Zatím neexistují dodavatelské řetězce pro komponenty těchto specifických reaktorů. Také je nutno provést analýzy potenciálních scénářů nehod, byť nepravděpodobných, ke kterým by mohlo v MSR dojít.

„Víme, že MSR jsou životaschopnou možností, jak podpořit plány na rozšíření jaderné energetiky, ale před komerčním nasazením je ještě potřeba udělat hodně práce,“ řekla Tatjana Jevremovičová. „Udělování licencí na nové technologie reaktorů vyžaduje důkladné hodnocení, zejména s ohledem na bezpečnostní analýzu. Je také důležité, aby zainteresované země zvážily konkrétní roli, kterou by měly MSR představovat v jejich energetických systémech.“ 

Podpora rozvoje MSR 

Nová publikace v řadě technických zpráv MAAE, Status of Molten Salt Reactor Technology, nastiňuje současný stav technologie MSR na celém světě. Rekapituluje její historii a mapuje probíhající výzkum a vývoj. Publikace je velmi obsažná a obsahuje mnoho grafů, ilustrací a fotografií vyvíjených zařízení z různých laboratoří. Podrobně popisuje projekty z Kanady, Číny, České republiky, Dánska, Francie, Itálie, Japonska, Nizozemí, Ruska, Švýcarska, EU a USA. Doporučujeme k prostudování nadšencům a zájemcům o tuto pokročilou jadernou technologii. Publikace čerpá z neuvěřitelných 452 odborných zdrojů.

Kromě publikací podporuje MAAE vývoj a zavádění této technologie prostřednictvím řady dalších iniciativ, včetně technických setkání a workshopů. Loni v říjnu MAAE a Agentura pro jadernou energii Organizace pro hospodářskou spolupráci a rozvoj (OECD-NEA) společně uspořádaly ve Vídni mezinárodní workshop o chemii palivových cyklů pro technologie reaktorů s roztavenou solí. Iniciativa MAAE pro jadernou harmonizaci a standardizaci (NHSI), založená v roce 2022, se zabývá tím, jak urychlit zavádění pokročilých reaktorů, prostřednictvím harmonizace regulačních přístupů a průmyslové standardizace. Agentura také spravuje Advanced Reactors Information System (ARIS), webovou platformu, která shromažďuje informace, včetně technických údajů a dalších charakteristik, o všech pokročilých reaktorech, které jsou v současné době ve vývoji.

Zdroj: Molten Salt Reactor Technology Development Continues as Countries Work Towards Net Zero | IAEA

Emma Midgley, IAEA Office of Public Information and Communication

Matt Fisher, IAEA Department of Nuclear Energy