Jadrové elektrárne

(1948 >)

Po prvotnom použití atómových bômb na konci druhej svetovej vojny v Japonsku a následných testoch nukleárnych zbraní svetovými veľmocami, uvideli vedci i politici obrovský potenciál jadrovej energie aj v iných oblastiach. Okrem USA usilovne pracovali v oblasti výskumu a vývoja jadrovej energie aj vo Veľkej Británii, Kanade a najmä – v bývalom Sovietskom zväze.

Aplikácie na využitie ionizujúceho žiarenia na mierové účely sú mnohoraké, a aj keď si to neuvedomujeme, veľmi nám pomáhajú nielen v medicíne a výskume, ale aj v priemysle a poľnohospodárstve. Najrozšírenejšie využitie však štiepenie uránu našlo v jadrových elektrárňach. Jadrové elektrárne vyrábajú elektrinu pre verejné elektrické siete už od polovice minulého storočia. Za ten čas prešli obrovským vývojom a dnes patria k najspoľahlivejším a najbezpečnejším zdrojom elektriny, ktoré pri výrobe neprodukujú žiaden CO2, ani oxidy dusíka, síry, či iných škodlivých plynov. Svojou prevádzkou tak významne prispievajú k redukcii emisií skleníkových plynov. Jeden tisícmegawattový jadrový blok tak ročne ušetrí až 1 milión ton CO₂.

V júni 2024 bolo na svete v prevádzke 416 jadrových reaktorov v 31 krajinách, ktoré vyrábajú približne 10 % elektrickej energie vo svete. Aktuálny prehľad všetkých jadrových elektrární na svete nájdete na stránkach Medzinárodnej agentúry atómovej energie (MAAE).

Najviac reaktorov v prevádzke majú USA (94), Francúzsko (56) a Čína (56). Čína má zároveň prvenstvo v počte rozostavaných reaktorov (25), ale vo výstavbe je na svete spolu viac ako 50 nových jadrových blokov, vrátane jedného na Slovensku. Okrem toho svoje plány na výstavbu jadrových elektrární oznámilo, alebo nad nimi vážne uvažuje, mnoho ďalších krajín.

Po Fermiho prvom reaktore Chicago Pile 1, na ktorom demonštroval prvú riadenú štiepnu reakciu, sa ešte počas druhej svetovej vojny v rámci projektu Manhattan začal v Oak Ridge National Laboratory (Tennessee, USA) budovať druhý reaktor s názvom X-10 (známy aj ako Clinton Pile). Bol to vzduchom chladený a grafitom moderovaný reaktor, ktorý ako palivo využíval prírodný urán 238. Nebol však projektovaný na výrobu elektriny, ale na produkciu plutónia na vojenské účely. Jeho prevádzka sa začala v novembri 1943 a po skončení vojny sa využíval aj na produkciu rádioizotopov na mierové účely. Vďaka jednému experimentu v roku 1948 sa podarilo pomocou reaktora rozsvietiť žiarovku na vianočnom stromčeku.

Výstavba prvej jadrovej elektrárne na svete, ktorá bola projektovaná na výrobu elektriny, začala v roku 1950 v mestečku Obninsk juhozápadne od Moskvy v bývalom Sovietskom zväze. K energetickej sieti bola pripojená 27. júna 1954. Reaktor s označením AM-1 mal čistý výkon 5 MW. Ako moderátor (látka na spomalenie voľných neutrónov vzniknutých pri štiepnej reakcii) bol použitý grafit, ako chladivo (médium na odvod tepla vznikajúceho v reaktore pri štiepení jadier atómov) voda. Definitívne bola odstavená 29. apríla 2002. Na jej mieste je zriadené múzeum jadrovej energetiky. Nasledovali roky výskumu, vývoja a budovania. Ďalšiu jadrovú elektráreň spustili Sovieti až o 10 rokov v Belojarsku v roku 1964 s výkonom 100 MW.

V roku 1956 bola uvedená do prevádzky prvá jadrová elektráreň s komerčným výkonom 46 MW v Calder Hall (Veľká Británia) a rok neskôr prvá americká komerčná elektráreň Shippingport v štáte Pensylvánia.

Prvou jadrovou elektrárňou v bývalej ČSSR bola JE A1 v Jaslovských Bohuniciach. Táto experimentálna elektráreň s reaktorom KS-150 mala overiť možnosti energetického využívania reaktorov na prírodný urán. Práce na jej projekte sa začali v roku 1956 a pripojená k sieti bola v roku 1972 na Prvý sviatok vianočný. Maximálny dosiahnutý výkon bol 127 MW. V prevádzke bola len 5 rokov a po dvoch nehodách v rokoch 1976 a 1977 bolo rozhodnuté nepokračovať v jej prevádzke.

Najväčší rozmach výstavby jadrových elektrární nastal v 70. a 80. rokoch 20. storočia. Projektanti sa predháňali v navrhovaných rôznych typov jadrových elektrární s cieľom čo najväčšej optimalizácie nákladov a bezpečnostných čŕt elektrární. Najrozšírenejšou technológiou (viac ako 2/3 všetkých jadrových elektrární) sú tzv. tlakovodné reaktory (pressurised water reactors – PWR), ktoré využívajú obyčajnú vodu ako moderátor a zároveň aj ako chladivo. Ich základným bezpečnostným princípom je zjednodušene povedané fakt, že ak v prípade roztrhnutia hlavného potrubia z primárneho okruhu elektrárne unikne chladivo, unikne aj moderátor – a štiepna reakcia v reaktore sa sama zastaví. Preto je potrebné zabezpečiť, aby palivo v reaktore bolo neustále zaliate vodou, bol zabezpečený odvod tepla z reaktora a bola zachovaná neporušenosť bezpečnostných bariér, ktoré bránia úniku rádioaktívnych materiálov do životného prostredia.

Jadrové reaktory v žiadnom prípade nie sú atómovými bombami, pretože obohatenie jadrového paliva štiepiteľným uránom 235 je typicky do 5 %. A to je na atómovú bombu príliš málo. Extrahovanie plutónia využiteľného pre jadrovú bombu z vyhoreného jadrového paliva tiež nie je reálne, pretože by to bol príliš komplikovaný proces aj pri súčasných vyspelých technológiách.

Ani jadrovú energetiku však neobišli mimoriadne udalosti. Prvá, ktorá negatívne vstúpila do povedomia svetovej verejnosti, bola havária na elektrárni Three Mile Island (USA) v roku 1979, ktorá však nemala následky na okolie. Najväčšou katastrofou bola v roku 1986 havária na 4. bloku Černobyľskej jadrovej elektrárne (ZSSR) a ostatnou je pohroma na štyroch blokoch elektrárne Fukušima v roku 2011 (Japonsko) v dôsledku extrémne silného zemetrasenia a následnými vlnami cunami.

Aj keď sa čísla obetí z rôznych zdrojov líšia, Svetová zdravotnícka organizácia (WHO) hovorí o nulových obetiach z dôvodu nadmerného ožiarenia v prípade Three mile Island aj Fukušimy. V prípade Černobyľu je to oficiálne približne 50 obetí – likvidátorov havárie a následného požiaru. V skutočnosti môže byť počet vyšší, je však ťažko vystopovateľný, keďže sa ľudia z okolia elektrárne rozptýlili po celej krajine.

Sú to momenty v histórii využívania jadrovej energie, ktoré majú ľudia v pamäti, a preto požiadavky na jadrovú bezpečnosť pri všetkých aplikáciách ionizujúceho žiarenia každým rokom stúpajú.

Pripojenie prvých reaktorov jednotlivých krajín sveta k elektrickým sieťam (animácia):

1954 – Obninsk, ZSSR: prvá elektrina do elektrickej siete

1956 – Calder Hall, UK: prvá komerčná elektráreň na výrobu elektriny do siete

1957 – Shippingport, Pennsylvánia, USA: prvá komerčná JE v USA

1959 – Marcoule, Francúzsko

1961 – Vak Kahl, Nemecko

1962 – Rolphton, Kanada

1962 – Mol, Belgicko

1963 – Tokai Mura, Japonsko

1963 – Latina, Taliansko

1964 – Agesta, Švédsko

1968 – José Cabrera, Španielsko