66 a 77 aneb k budoucnosti jádra

„Zkoumání nitra hmoty nevede jen k uspokojení odvěké touhy lidstva po poznání principu našeho světa. Ukázalo se, že vedlejším produktem může být nalezení nových zdrojů energie. Jedním z příkladů, jak vědci správně uchopili výsledky základního vědeckého výzkumu, je objev elementární částice nazvané neutron (za pár týdnů tomu bude 77 let) a spuštění prvního jaderného reaktoru (před 66 lety),“ napsal autor toto článku ještě před svým odchodem tam, odkud není návratu. Z piety k profesorovi Matějkovi uveřejňujeme článek v jeho původní verzi. Zkrácenou verzi nejdete v zimním vydání Třipolu.

77

Koncem února 1932 došlo k významnému fyzikálnímu objevu - objevení neutronu. Za objevitele je právem považován J. Chadwick, byť v té době byla identifikace neutronu prakticky „na spadnutí“ ve více laboratořích. Až do objevu neutronu byl předpoklad, že se atomová jádra skládají z určitého počtu protonů a určitého počtu částic s přibližně stejnou hmotou, jakou má proton, které jsou však elektricky neutrální, pouhou hypotézou.

Chadwick pracoval v Cavendishových laboratořích s Ernestem Rutherfordem na výzkumu gama záření z radioaktivních materiálů. Při ostřelování jader berylia alfa částicemi objevil v jádře částici, která byla nazvána neutron, protože neměla elektrický náboj. Objev neutronu způsobil, že se mimořádně rychle rozvinulo bádání v oblasti fyziky atomového jádra. Fermi a Amaldi se svými italskými spolupracovníky objevili vznik radioaktivity při ozařování látek neutrony a ukázali, že aktivita se „vzbuzuje“ nejen v lehkých, ale i těžkých prvcích. V roce 1934 pak zjistili, že při bombardování uranu neutrony vzniká několik radioaktivních izotopů. To už byl jen malý krůček k objevení štěpení těžkých jader, které způsobují právě neutrony.

Tím se už rychle dostáváme k druhému pěknému číslu:

66

Začátkem prosince 1942, tedy právě před 66 lety, se rozběhla první řízená jaderná reakce v historii lidstva. Enrico Fermi se svými spolupracovníky na půdě Spojených států amerických (pro mladší generaci bude už asi dobré připomenout, že na mnoha místech země, především pak v Evropě, zuřila 2. světová válka) uvedl do provozu, či lépe řečeno úspěšně spustil, první jaderný reaktor na světě. Význam této události je dosud mimořádně velký a celá událost byla několikrát popsána jak jejími pamětníky, tak i historiky. Není cílem tohoto článku spuštění prvního jaderného reaktoru znovu popisovat nebo historicky zařazovat (proto jen schematická dobová kresba, výzkum byl tajný a fotografie se pořizovat nesměly), bude však dobré se trochu zamyslet nad velmi rychlým sledem událostí, které využívání jaderné energie v posledních sedmi desetiletích charakterizují.

Atom není voják

Oněch pouhých deset let, které dělily objev neutronu od spuštění prvního atomového reaktoru, muselo být nabito téměř nepřetržitým sledem událostí. Když pak připomeneme, že již za necelé tři roky byla odzkoušena a použita (válka pořád ještě pokračovala) hrozná jaderná zbraň, tak se skutečně jednalo o mimořádně soustředěné úsilí a o až neskutečně rychlý postup. To, že v první etapě svého rozvoje byla jaderná energie zneužita k vojenským (zde přímo bojovým) účelům a že i několik desetiletí po skončení druhé světové války byla hrozba dalšího použití jaderných zbraní poměrně vysoká, si nese jaderná energetika jako určité memento dodnes. Jako by se celými jejími dějinami táhly vedle sebe (někdy i nesnadno rozpoznatelné a oddělitelné) dvě linie, jaderná energie a jaderná zbraň. Proto se dosud (i v našem platném atomovém zákoně) mluví o mírovém využívání jaderné energie (první jeho ustanovení pak říká, že jaderná energie smí být využívána v souladu s mezinárodními závazky České republiky pouze pro mírové účely), snad i proto přetrvává na jedné fasádě velkého panelového domu v ruské Dubně (v tomto městě se nachází Spojený ústav jaderných výzkumů) nepřehlédnutelný nápis „Atom ne soldat, atom rabočij“, tj. atom není voják, atom je pracovník.

Atom je pracovník

První elektrická energie z jaderných zdrojů byla vyrobena v roce 1951 v americkém jaderném zařízení v Idaho Falls, byť šlo pouze o rozsvícení několika žárovek. Ale již v roce 1954 bylo v Obninsku nedaleko Moskvy spuštěna první atomová elektrárna s elektrickým výkonem 5 MW. Využití jaderné energie bylo velice lákavé, vždyť jeden kilogram uranu 235 nahradí 3000 tun černého uhlí, odpadne těžká práce v dolech, přeprava těžkých nákladů, sníží se znečištění životního prostředí, prostě atom bude pracovat za nás! A tak se poměrně rychle spustilo více než 600 výzkumných reaktorů různých typů a vybudovalo více než 400 energetických reaktorů. Ty dosud vyrábějí 16 % celosvětové produkce elektrické energie. Jejich podíl je plně srovnatelný s vodními elektrárnami (celosvětově 19 %, plynovými elektrárnami, celosvětově 15 % a poměrně výrazně převyšuje zastoupení elektráren na ropu či mazut – celosvětově 10 %). Zbývající část (39 %) představují elektrárny na uhlí. Jaderná energie je v některých případech využívána i pro dopravu (reaktory pohánějí velké lodě, např. letadlové, hodně známé jsou atomové ponorky či atomové ledoborce) a kosmické účely.

V historii využívání jaderné energie (i když odhlédneme od jejích vojenských aspektů) ale zdaleka nejsou jen pronikavé úspěchy a bezproblémové aplikace. Stačí připomenout havárii 4. bloku jaderné elektrárny v Černobylu z r. 1986, jejíž hlavní důsledek (dočasný útlum budování nových jaderných elektráren) je patrný dodnes. Současnost pak může být spíše než stavěním nových jaderných elektráren (jejich poměrně intenzivní výstavba probíhá v mnoha vyspělých státech východní Asie, nové pokročilé reaktory se stavějí ve Finsku a Francii) charakterizována zvyšováním výkonu stávajících elektráren, prodlužováním jejich životnosti a zejména zvyšováním součinitele jejich využívání. I toto má však své zřetelné hranice a praktické možnosti současné generace reaktorů se již zdají být téměř vyčerpané.

Nová generace vpřed

Na vývoji nových generací jaderných elektráren se intenzivně pracuje. Podle různých nabídek se zdají být na současném trhu dostupné moderní jaderné elektrárny několika typů - mluví se o pokročilých nebo perspektivních reaktorech. Ty budou v sobě zahrnovat všechny dosavadní dobré zkušenosti, budou představovat potřebný bezpečnostní standard a budou vykazovat vysokou provozní spolehlivost, dlouhou dobu životnosti a ekonomickou konkurenceschopnost. Plně se dbá na to, aby nové elektrárny a celkově i přístupy k využívání jaderné energie prokazatelně garantovaly především:

• Mimořádně vysokou úroveň jaderné bezpečnosti. Často se v těchto souvislostech mluví o „catastrophe free“ jaderných zařízeních, která s ohledem na použitá řešení a fyzikální principy nemají mít ani hypotetickou možnost vážným způsobem (ohrožujícím okolí elektrárny) havarovat.

• Vytvoření takových podmínek, aby jaderná energetika v žádném směru nepředstavovala zvýšení nebezpečí v ostře sledované oblasti, kterou je šíření jaderných zbraní, tedy fakticky zneužití jaderné energie pro vojenské resp. teroristické účely nebo alespoň hrozby.

• Uspokojivé a široce akceptované řešení problematiky nakládání s vysoce radioaktivními látkami, především pak použitým jaderným palivem.
  

Mezi pokročilé reaktory s vysokým stupněm bezpečnosti se už nyní počítají např. Evropský tlakovodní reaktor (EPR), který v sobě přináší dosavadní zkušenosti z Francie a Německa, reaktor AP 1000, který vyniká pasivními bezpečnostními systémy a navazuje na zkušenosti americké, pokročilé reaktory typu VVER (zahrnují ruské zkušenosti s tlakovodními reaktory), (viz obrázek) pokročilé varné reaktory, např. SWR-1000 (viz obrázek) apod. Ke slovu se ale mají poměrně rychle dostat i vysokoteplotní reaktory, u kterých jsou velmi lákavé špičkové parametry pokud jde o jejich účinnost, možnost jejich modulové výstavby a nebývale vysoký bezpečnostní standard (nemožnost tavení paliva spojeného s únikem štěpných produktů). V nedaleké perspektivě se vážně uvažuje i o reaktorech s tekutým palivem, které mohou pracovat jako vysoce účinné transmutory nebo prakticky čisté, téměř bezodpadové jaderné energetické zdroje. Předpokládá se, že o budoucnosti jaderné energetiky se bude rozhodovat v nejbližších 10 až 20 letech, kdy bude potřebné již řadu stávajících „jaderek“ vyřadit z provozu a jejich výrobní kapacitu vhodným způsobem nahradit.