Nevyzpytatelné atomy ve službách námořníků: Plavidla na jaderný pohon (2)

Schéma jaderných reaktorů umístěných na plavidlech se značně podobá „klasickým“ civilním modelům pracujícím v elektrárnách. V drtivé většině se jedná o takzvané tlakovodní typy, které se člení na primární a sekundární okruh, přičemž roli chladicího média sehrává voda – jak název napovídá – o vysokém tlaku. Srdce primárního okruhu tvoří samotný reaktor, jenž ohřívá vstupující chladicí médium jeho průtokem kolem palivových tyčí.

Předchozí část: Nevyzpytatelné atomy ve službách námořníků: Plavidla na jaderný pohon (1)

Jádro jako zdroj páry

Pro řízení chodu reaktoru slouží regulační tyče, ovšem na rozdíl od energetických reaktorů se neužívá kyselina boritá ani jiný rozpuštěný absorbátor. Po ohřátí vystupuje voda potrubím z reaktoru a směřuje do parogenerátoru, jenž zároveň tvoří bariéru mezi primárním a sekundárním okruhem. Součástí primárního okruhu je také speciální nádoba (kompenzátor objemu) vyrovnávající tlakové rozdíly. Dokáže snižovat tlak okruhu vstřikováním chladicího média čerpaného z místa před vstupem do reaktoru, stejně jako ho navýšit pomocí elektrických ohříváků.

Ohřáté chladivo jaderného reaktoru primárního okruhu cirkuluje parogenerátorem skrz úzké trubičky, přes jejichž stěny předává teplo sekundárnímu médiu protékajícímu kolem nich. Na „vnější“ sekundární straně parogenerátoru panuje nižší tlak, takže zde dochází k varu a vzniku páry, kterou už systém odvádí k turbínám.

Pro generátor i lodní šroub

První turbína bývá zpravidla napojena na generátor a ve spolupráci s ním pokrývá elektrickou spotřebu lodi – včetně dobíjení akumulátorů přes usměrňovač. Větší objem páry putuje ke druhé turbíně, jež přes spojku přenáší výkon na lodní šroub. Ten lze alternativně pohánět i prostřednictvím elektromotoru z bateriového zdroje.

Zbytková pára vystupující z turbín se podchlazuje v kondenzátorech (v nichž cirkuluje mořská voda, a po odebrání tepla ze zbytkové páry se vrací do oceánu) a čerpá zpět do parogenerátoru. Dodejme, že existuje několik možností, jak vznikající páru pro pohyb plavidla využít. Na popsaný model, kdy jsou parní turbíny napojeny na samotný lodní šroub, sázejí Američané, Rusové a Britové. Francouzi nebo Číňané užívají turbíny k výrobě elektrické energie a teprve tou ponorky či lodě pohánějí.

Námořní specifika

Přes zmíněnou podobnost s reaktory v jaderných elektrárnách se zařízení použitá na plavidlech přece jen v několika ohledech liší. Především jde o kombinaci vysokého výkonu (generování velkého množství energie) a kompaktních rozměrů celého zařízení – jinak by se reaktory nevešly do lodního trupu a neposkytovaly plavidlu dostatečnou rychlost.

Kýžených parametrů inženýři docilují podstatně vyšším obohacením uranu, kdy podíl izotopu 235U činí přinejmenším 20 % (u elektráren jde obvykle nanejvýš o 5 %) a nezřídka i dvojnásobek. Díky tomu může být reaktorová nádoba velmi malá při zachování vysoké úrovně bezpečnosti a stínění.

Na desítky let

Námořní reaktory zvládají pracovat na jedinou palivovou vsázku velmi dlouhou dobu – výměna paliva není zpravidla nutná dříve než po desetiletech. Ne náhodou tak plavidla s tímto pohonem absolvovala dohromady už 12 000 reaktorových let v námořním provozu (údaj pochází z roku 2015). Nejmodernější reaktory pro hladinové lodě už dnes počítají s půlstoletím provozu, u ponorek jde o 30–40 let, což v praxi znamená uražených 1,5 milionu km.

TIP: Technologie zrozené z války: Smrt z Los Alamos a tajemná síla jádra

Tepelná účinnost cyklu je naopak nižší než u elektráren, protože dochází k častým změnám výkonu při plavbě a dostupné rozměry reaktorové sekce neumožňují využití účinnějšího parního systému. Oproti Dukovanům či Temelínu se jaderné palivo také nevyskytuje ve formě oxidu uraničitého, ale slitiny uranu a zirkonu, uranu a hliníku nebo směsi kovu s keramikou.

Dokončení: Nevyzpytatelné atomy ve službách námořníků: Plavidla na jaderný pohon (3) (vychází ve čtvrtek 25. února)