Článek ve formátu PDF je možné stáhnout
zde.
Nepřehlédnutelným trendem v jaderné energetice je vývoj jaderných reaktorů IV. generace, které budou mít oproti současně provozovaným reaktorům mnoho významných předností. Před výstavbou demonstračních reaktorových bloků IV. generace je však ještě nutné provést mnoho prací výzkumného charakteru. Část z nich bude probíhat v novém experimentálním zařízení s názvem Horké komory, budovaném v Centru výzkumu Řež (CVŘ), které využívá k zajištění bezpečného provozu český řídicí systém SandRA od společnosti ZAT a. s.
Směřování jaderné energetiky
Čtvrtá generace jaderných reaktorů je koncepce ukazující směry, kterými se má ubírat vývoj nových pokročilých energetických jaderných reaktorů. Bylo definováno šest základních typů jaderných zařízení a požadavky na ně kladené. Od lehkovodních reaktorů, které jsou v současnosti po celém světě nejpoužívanější, se reaktory IV. generace odlišují především chladicí látkou. Namísto podkritické lehké vody mohou být chlazeny nadkritickou lehkou vodou, sodíkem, olovem, roztavenými solemi nebo plynem.
Jedním z požadavků kladených na jadernou energetiku je udržitelnost rozvoje – což rozvedeno znamená především ekonomickou konkurenceschopnost, nízké investiční riziko, efektivní využívání jaderného paliva a minimalizaci množství radioaktivních odpadů.
Požadavek maximální bezpečnosti provozu
Daleko striktnější než již uvedené jsou ovšem požadavky na bezpečnost, kde v současnosti je důležitým kritériem pravděpodobnost, s jakou může nastat událost vedoucí k poškození aktivní zóny reaktoru. Jako hranice bývá v některých zemích stanovena pravděpodobnost 1 : 100 000, přičemž pro reaktory generace III+ bývá udáváno číslo ještě o dva řády menší. Řečeno otevřenou řečí to znamená, že taková iniciační událost nastane statisticky jednou za deset milionů let provozu reaktoru. Reaktory IV. generace musí splňovat podmínku, že žádná myslitelná iniciační událost nesmí vést k těžkému poškození reaktoru. Než bude dopracován projekt reaktoru této generace, je třeba provést mnoho výzkumných prací, z nichž některé budou zahájeny po uvedení nových Horkých komor CVŘ do provozu.
Funkce a řízení horkých komor
Zařízení Horké komory CVŘ je realizováno v rámci projektu evropského elitního vědecko-výzkumného centra SUSEN (Sustainable Energy), které vzniká v Řeži u Prahy za podpory ze strukturálních fondů EU. Jednotlivé tzv. horké komory, z nichž se zařízení skládá, se primárně nevyznačují vysokou teplotou, jak by se z názvu mohlo zdát, ale v jejich prostorách je možné mnoha způsoby pracovat s radioaktivními materiály.
Jednou ze zkoumaných vlastností konstrukčních materiálů pro jadernou energetiku je odolnost proti radiaci. Vzorek materiálu je v reaktoru ozařován po požadovanou dobu neutronovým tokem stanovené intenzity a poté je přemístěn do horké komory. V této hermeticky utěsněné komoře uskuteční vědci experimenty, které např. lámáním, broušením nebo pálením určí, jak materiál působením neutronů degradoval. Při těchto experimentech vzniká radioaktivní prach a výpary, s nimiž je nutné adekvátně naložit.
Zařízení Horké komory je komplex deseti jednotlivých horkých komor (osmi typu gama a dvou typů alfa) vybavených soubory zařízení pro přípravu aktivních vzorků a zkušebních těles pro provádění mechanických zkoušek za pokojové teploty i za vysokých teplot až do 1 200 °C, zařízení pro zkoušky za účelem výzkumu korozních vlastností materiálů i zařízení pro výzkum mikrostruktury silně ozářených materiálů.
Osm horkých komor gama bude využíváno k hodnocení vlastností ozářených konstrukčních materiálů a diagnostiku ozářených komponent jaderných reaktorů s ohledem na předpokládané provozní podmínky v reaktorech nové generace. Dvě komory alfa budou použity při vývoji separačních metod palivového cyklu jaderných reaktorů nových generací založených na fluoridové technice. Součástí komplexu jsou také polohorká komora (jedenáctá), určená ke zkoumání mikrostruktury vzorků, a linka pro studium separace radionuklidů metodou frakční destilace fluoridů.
Uvnitř horkých komor je udržován podtlak, čímž je vyloučen únik kontaminovaných látek do prostoru pro obsluhu. Vzduch z komor je odsáván přes filtry, které zachycují kontaminované částečky prachu a výpary a brání tak jejich úniku do životního prostředí.
Řídicí systém SandRA instalovaný v zařízení Horké komory má za úkol zabránit za všech provozních i nouzových stavů nekontrolovatelnému úniku kontaminujících látek životního prostředí. Řídicí systém snímá hodnoty tlaku, teploty uvnitř komor a radiace v obslužných místnostech a podle získaných údajů určuje intenzitu odsávání. V nouzovém režimu lze komory odsát až na podtlak 4 kPa (tj. pětadvacetinu atmosférického tlaku).
Zakázkový vývoj pro CVŘ
Základem systému kontroly a řízení horkých komor je provozní řídicí stanice typu SandRA Z210 (obr. 1, obr. 2), vyvinutá společností ZAT pro úlohy malého rozsahu (viz vložený text). Jde o nejnovější výrobek této firmy speciálně upravený pro dané použití. Každá komora má svou řídicí stanici pro zpracování údajů z technologického zařízení a operátorskou obrazovku pro vizualizaci technologických údajů a informací (obr. 3). Všechny řídicí stanice v zařízení jsou propojeny komunikační sběrnicí, čímž je umožněn přenos dat mezi jednotlivými řídicími stanicemi a zároveň do hlavní operátorské stanice pro archivaci a zobrazení technologického zařízení jako celku na centrální velkoplošné obrazovce umístěné ve společném velínu (obr. 4).
Stavba výzkumných zařízení je obecně velmi náročná, protože jde o unikátní zařízení, která nemají analogii. Neexistují tedy ani standardní komponenty, vše je projektováno a vyráběno přímo na míru daného projektu (obr. 5).
Řídicí systémy od ryze české společnosti ZAT jsou v současné době instalovány na 26 % jaderných reaktorů v EU a na 10 % ve světě jako celku
Vladislav Větrovec, ZAT a. s.
Řídicí systém SandRA
(Safe and Reliable Automation) od společnosti ZAT a. s. je moderní řídicí systém třídy DCS (Distributed Control System) navržený pro náročná průmyslová odvětví vyžadující velkou spolehlivost a dlouhou dobu provozního života řídicího systému. Široká škála nabízených technických prostředků a možných uspořádání systému umožňuje použít jej k řízení jak rozsáhlých technologických celků typu energetického výrobního bloku, tak i malých technologických zařízení, jako jsou čističky odpadních vod, regulační stanice plynu apod.
Obr. 1. Provozní řídicí jednotka SandRA Z210
Obr. 2. Řídicí rozváděče se systémem SandRA v zařízení Horké komory CVŘ
Obr. 3. Průhled do jedné z horkých komor přes místní ovládací stanoviště
Obr. 4. Zobrazení celého technologického zařízení na centrální velkoplošné obrazovce ve společném velínu
Obr. 5. Automatické linky pro výrobu desek elektroniky technikou povrchové montáže s přetavení ve společnosti ZAT