Ve městě Chuej-čou v čínské provincii Kuang-tung se buduje zařízení, které by mohlo nově definovat budoucnost atomové energie. Vědci z Čínské akademie věd staví první megawattový prototyp podkritického reaktoru poháněného urychlovačem, technologie známé jako ADS.
Pokud vše půjde podle plánu, bude systém uveden do provozu v roce 2027 a bude představovat zásadní skok ve způsobu výroby jaderné elektřiny a především ve způsobu nakládání s jejím odpadem.
Hybridní koncepce, která eliminuje riziko rozběhové reakce
Technologie ADS přitahuje pozornost výzkumníků po celém světě již několik desetiletí, ale dosud se žádné zemi nepodařilo provozovat ji v průmyslovém měřítku. Princip je koncepčně elegantní: jedná se o jaderný reaktor, jehož samotná aktivní zóna není schopna udržet řetězovou reakci. Aby mohl fungovat, potřebuje nepřetržitý přísun neutronů – subatomárních částic, které spouštějí štěpení – dodávaných zvenčí urychlovačem částic.
Tato závislost na urychlovači se paradoxně stává jeho největší bezpečnostní výhodou. Pokud urychlovač přestane fungovat, jaderná reakce se automaticky zastaví, což teoreticky vylučuje možnost ztráty kontroly, která vedla k nejhorším jaderným haváriím v historii.
Protony o rychlosti blízké rychlosti světla proti olovu a vizmutu
Jádro čínské konstrukce spočívá ve způsobu, jakým vytváří tuto neutronovou spršku. Supravodivý lineární urychlovač generuje svazek vysokoenergetických protonů, který dopadá na kapalnou slitinu olova a vizmutu rychlostí přibližně 80 % rychlosti světla. Při srážce se uvolní obrovské množství neutronů, které proniknutím do jaderného paliva dokážou roztříštit těžká atomová jádra, což by běžný reaktor jednoduše nedokázal využít.
Tento proces umožňuje mimo jiné přeměnit uran-238 – izotop, který je v přírodě velmi hojný, ale v dnešních elektrárnách prakticky nepoužitelný – na plutonium-239, vysoce výnosné jaderné palivo. Vedoucí projektu odhadují, že tento mechanismus by ve srovnání se současnou technologií stonásobně zvýšil energetickou výtěžnost uranu.
Velký problém jaderné energie: co bude dál?
Výroba elektřiny z atomu nikdy nebyla pro jaderný průmysl skutečnou překážkou. Skutečným problémem bylo vždy nakládání s vyhořelým palivem, směsí silně radioaktivních materiálů, které mohou zůstat nebezpečné po desítky tisíc let. Zvláště problematickou část tohoto odpadu tvoří tzv. dlouhožijící aktinidy, prvky, jejichž radioaktivita přetrvává po dobu desítek nebo dokonce stovek tisíc let.
Intenzivní neutronové toky generované systémem ADS nabízejí způsob, jak na tento problém přímo zaútočit. Neutrony mohou tato těžká jádra rozbít na izotopy s mnohem kratší dobou života. Pokud bude systém fungovat tak, jak jeho tvůrci předpokládají, mohla by se doba radioaktivního života některých nejnebezpečnějších odpadů snížit na méně než jednu tisícinu dnešní hodnoty.
Fyzik He Yuan, zástupce ředitele Ústavu moderní fyziky čínské akademie, shrnuje filozofii projektu výmluvným obrazem: jde o to, aby se „odpad změnil v poklad.“
Od teorie k prototypu: více než deset let práce
Projekt nazvaný China Accelerator Driven System Initiative byl zahájen v roce 2011 a prošel několika fázemi vývoje, až nyní dospěl do fáze stavby prototypu. Odborníci z jaderného průmyslu se shodují, že pokud výsledky experimentů potvrdí očekávání, mohla by tato technologie nabídnout slibné řešení dvou historických problémů, které bránily rozšíření atomové energie: neefektivní využívání paliva a hromadění radioaktivního odpadu s dlouho životností.
Žádná země na světě dosud neprovozuje komerční reaktory založené na této technologii, ale krok, který Čína podniká, by mohl otevřít dveře nové generaci jaderných elektráren. V optimistickém scénáři by reaktory poháněné urychlovači nejen získaly mnohem více energie z každého gramu uranu, ale také by pomohly snížit radioaktivní dědictví, které je nyní velkým problémem pro další generace. Pokud se potvrdí jejich proveditelnost, mohla by se jaderná energie stát zdrojem, který bude lidstvo pohánět po celá staletí.