Jaderná energetika

Rozbalit box

Obsah boxu

Jaderná energetika je odvětví energetiky a průmyslu, které se zabývá využitím jaderné energie pro mírové účely, především pro výrobu elektrické energie v jaderných elektrárnách. V menší míře se využívá také pro vytápění, odsolování mořské vody nebo jako zdroj energie pro pohon jaderných ponorek a ledoborců.

Základem jaderné energetiky je řízená štěpná reakce, při které se uvolňuje obrovské množství tepelné energie ze štěpení jader těžkých prvků, nejčastěji uranu-235. Toto teplo se v jaderné elektrárně využívá k výrobě páry, která pohání turbínu spojenou s generátorem, jenž vyrábí elektrickou energii.

Jaderná energetika je považována za nízkoemisní zdroj energie, protože při svém provozu neprodukuje téměř žádné skleníkové plyny. Zároveň se však potýká s výzvami, jako je bezpečná likvidace vyhořelého jaderného paliva a riziko jaderných havárií.

⚛️ Princip a technologie

Jádrem jaderné elektrárny je jaderný reaktor, zařízení, ve kterém probíhá řízená řetězová štěpná reakce.

Štěpná reakce

Proces začíná, když neutron zasáhne jádro atomu těžkého prvku, typicky uranu-235. Jádro se rozštěpí na dvě menší jádra (štěpné produkty), přičemž se uvolní obrovské množství energie a další 2 až 3 neutrony. Tyto nově uvolněné neutrony mohou zasáhnout další jádra uranu a vyvolat tak řetězovou reakci. Aby byla reakce stabilní a řízená, musí v průměru právě jeden neutron z každého štěpení vyvolat další štěpení. Přebytečné neutrony jsou pohlcovány regulačními tyčemi, které se dají do reaktoru zasouvat a vysouvat, čímž se reguluje jeho výkon.

Struktura jaderné elektrárny

Většina moderních jaderných elektráren, včetně těch v Česku, využívá tlakovodní reaktor (PWR). Systém se skládá ze tří hlavních okruhů:

Primární okruh: Voda pod vysokým tlakem (aby se nevařila) proudí kolem palivových tyčí v reaktoru, kde se ohřívá na teplotu přes 300 °C. Tato horká voda je vedena do parogenerátoru. Celý tento okruh je uzavřený a radioaktivní.
Sekundární okruh: V parogenerátoru předá horká voda z primárního okruhu teplo vodě v sekundárním okruhu, která se změní na páru. Pára roztáčí turbínu, která pohání generátor vyrábějící elektřinu. Tento okruh již není radioaktivní.
Terciární (chladicí) okruh: Pára, která prošla turbínou, je ochlazována a kondenzuje zpět na vodu. K chlazení se používá voda z řeky nebo moře, která cirkuluje v chladicím okruhu a odvádí přebytečné teplo do atmosféry prostřednictvím charakteristických chladicích věží.

Typy reaktorů

Existuje několik typů jaderných reaktorů, které se liší použitým palivem, chladivem a moderátorem (látkou zpomalující neutrony).

Tlakovodní reaktor (PWR): Nejrozšířenější typ na světě (cca 65 % v EU). Jako chladivo i moderátor používá obyčejnou vodu pod vysokým tlakem.
Varný reaktor (BWR): Druhý nejběžnější typ (cca 22 % v EU). Voda se vaří přímo v reaktoru a vzniklá pára pohání turbínu (elektrárna má jen dva okruhy).
Těžkovodní reaktor (CANDU): Používá jako moderátor i chladivo těžkou vodu a jako palivo přírodní, neobohacený uran.
Rychlý množivý reaktor (FBR): Pracuje s rychlými neutrony a dokáže z uranu-238 vyrábět více štěpného materiálu (plutonium), než spotřebuje.

⏳ Historie

Počátky jaderné energetiky sahají do první poloviny 20. století, kdy vědci jako Ernest Rutherford, Albert Einstein a Enrico Fermi položili teoretické základy jaderné fyziky.

1938: Otto Hahn a Fritz Strassmann objevili štěpení uranu.
1942: Enrico Fermi spustil 2. prosince v Chicagu první jaderný reaktor na světě, Chicago Pile-1, a uskutečnil první řízenou řetězovou štěpnou reakci.
1951: První elektřina z jaderného reaktoru byla vyrobena v experimentálním reaktoru EBR-I v Idaho v USA.
1954: V Sovětském svazu byla spuštěna první jaderná elektrárna na světě, která dodávala elektřinu do veřejné sítě – Jaderná elektrárna Obninsk s výkonem 5 MW.
1956: Ve Spojeném království byla otevřena první komerční jaderná elektrárna Calder Hall.
1970. a 80. léta: Období masivního rozvoje jaderné energetiky, částečně podnícené ropnou krizí v roce 1973.
1979: Havárie v elektrárně Three Mile Island v USA, která vedla ke zpřísnění bezpečnostních standardů a zpomalení výstavby nových reaktorů v západním světě.
1986: Černobylská havárie na Ukrajině (tehdy SSSR), nejzávažnější jaderná katastrofa v historii, která měla dalekosáhlé zdravotní, ekologické i politické dopady a hluboce ovlivnila vnímání jaderné energetiky veřejností.
2011: Havárie v elektrárně Fukušima I v Japonsku, způsobená masivním zemětřesením a vlnou tsunami. Tato havárie vedla některé země, například Německo, k rozhodnutí o postupném útlumu jaderné energetiky.

🌍 Jaderná energetika ve světě

K dubnu 2025 bylo ve 32 státech světa v provozu 440 jaderných reaktorů s celkovou instalovanou kapacitou 398 738 MWe. Dalších 66 reaktorů bylo ve výstavbě v 15 zemích. Jaderné elektrárny se podílely na celosvětové výrobě elektřiny přibližně 9 %.

Nejvíce jaderných reaktorů provozují:

Největší podíl elektřiny z jádra má Francie (téměř 70 %), následovaná Slovenskem (kolem 60 %), Ukrajinou, Belgií a Maďarskem (kolem 50 %). V rámci Evropské unie pochází z jádra přibližně čtvrtina vyrobené elektřiny.

🇨🇿 Jaderná energetika v Česku

Československo bylo devátou zemí na světě, která spustila jaderný reaktor (v roce 1955 v Řeži u Prahy). V České republice jsou v provozu dvě jaderné elektrárny, které v roce 2024 vyrobily 40,2 % veškeré elektřiny v zemi. Obě elektrárny provozuje společnost ČEZ.

Jaderná elektrárna Dukovany (JEDU): Nachází se u obce Dukovany na Třebíčsku. V provozu je od roku 1985 a má čtyři reaktory typu VVER-440/213 s celkovým instalovaným výkonem 2040 MW.
Jaderná elektrárna Temelín (JETE): Leží poblíž Týna nad Vltavou v jižních Čechách. Má dva bloky s reaktory VVER-1000/320, které byly spuštěny v letech 2002 a 2003. Celkový instalovaný výkon je 2250 MW.

Vláda České republiky plánuje další rozvoj jaderné energetiky. V roce 2024 byl jako vítěz tendru na výstavbu dvou nových bloků v Dukovanech vybrána jihokorejská společnost KHNP. Stavba by měla začít v roce 2029 a první nový blok by měl být spuštěn v roce 2036. Dlouhodobě se uvažuje také o výstavbě malých modulárních reaktorů (SMR), přičemž jako možné lokality jsou zvažovány areály stávajících uhelných elektráren.

👍 Výhody a nevýhody 👎

Jaderná energetika je tématem odborných i veřejných diskusí, které zvažují její přínosy a rizika.

Výhody

Nízké emise skleníkových plynů: Jaderné elektrárny při provozu neprodukují oxid uhličitý (CO2) ani jiné skleníkové plyny, čímž přispívají k ochraně klimatu.
Vysoká hustota energie: Malé množství jaderného paliva dokáže vyrobit obrovské množství energie. Jedna tuna uranu nahradí miliony tun uhlí nebo ropy.
Stabilita a spolehlivost: Na rozdíl od obnovitelných zdrojů, jako jsou solární a větrné elektrárny, mohou jaderné elektrárny dodávat elektřinu nepřetržitě a bez ohledu na počasí.
Nízké provozní náklady: Po zaplacení vysokých počátečních investic jsou náklady na palivo a provoz relativně nízké a stabilní.
Energetická bezpečnost: Snižuje závislost na dovozu fosilních paliv z geopoliticky nestabilních regionů.

Nevýhody

Radioaktivní odpad: Provoz jaderných elektráren produkuje vyhořelé jaderné palivo, které zůstává vysoce radioaktivní po tisíce let a musí být bezpečně uloženo v hlubinném úložišti.
Vysoké náklady na výstavbu a likvidaci: Stavba jaderné elektrárny je finančně i časově extrémně náročná. Nákladná je i její následná likvidace po skončení životnosti.
Riziko havárií: Ačkoliv je pravděpodobnost vážné havárie velmi nízká, její následky mohou být katastrofální, jak ukázaly Černobyl a Fukušima.
Bezpečnostní rizika: Jaderná zařízení a materiály se mohou stát cílem teroristických útoků nebo mohou být zneužity k výrobě jaderných zbraní.
Omezené zásoby uranu: Uran je neobnovitelný zdroj a jeho světové zásoby jsou konečné, i když podle odhadů vydrží ještě na stovky let.

☢️ Bezpečnost a odpad

Bezpečnost je v jaderné energetice absolutní prioritou. Moderní elektrárny jsou vybaveny několikaúrovňovými pasivními i aktivními bezpečnostními systémy, které mají zabránit úniku radioaktivních látek do okolí. Klíčovým prvkem je robustní kontejnment, železobetonová obálka, která chrání reaktor před vnějšími vlivy a v případě havárie má udržet radioaktivní materiály uvnitř.

Nakládání s radioaktivním odpadem

Radioaktivní odpad se dělí podle míry aktivity:

Nízko a středněaktivní odpad: Jedná se o kontaminované nástroje, oblečení a další materiály z provozu elektrárny. Tento odpad se zpevňuje (např. bitumenací nebo cementací), ukládá do sudů a umisťuje do povrchových úložišť, jako je úložiště v areálu JE Dukovany nebo bývalé doly Richard a Bratrství.
Vysoceaktivní odpad: Tvoří ho především vyhořelé jaderné palivo. To se nejprve několik let chladí v bazénech s vodou přímo v elektrárně. Poté se umisťuje do speciálních kontejnerů (např. typu Castor) a skladuje v suchých meziskladech, rovněž v areálech elektráren.

Konečným řešením pro vyhořelé palivo má být hlubinné úložiště, stabilní geologická formace (např. žula) zhruba 500 metrů pod zemí. V České republice se s jeho zprovozněním počítá okolo roku 2065.

💡 Budoucnost jaderné energetiky

Budoucnost jaderné energetiky je spojena s vývojem nových technologií, které slibují vyšší bezpečnost, efektivitu a menší produkci odpadu.

Reaktory IV. generace: Jedná se o soubor šesti pokročilých konceptů reaktorů (např. plynem chlazené rychlé reaktory nebo reaktory s roztavenými solemi), které by měly být komerčně dostupné po roce 2040. Cílem je efektivnější využití paliva, snížení množství a životnosti odpadu a zvýšení bezpečnosti.
Malý modulární reaktor (SMR): Jsou to menší reaktory s výkonem do 300 MWe, které se vyrábějí sériově v továrně a na místo se pouze dovezou a instalují. Očekává se, že budou levnější, rychleji postavené a flexibilnější. V Česku se uvažuje o jejich stavbě v lokalitách současných uhelných elektráren.
Jaderná fúze: Jde o proces slučování lehkých atomových jader (např. izotopů vodíku), při kterém se uvolňuje ještě více energie než při štěpení. Je to v principu stejný proces, který probíhá na Slunci. Fúzní reaktory by neprodukovaly dlouhodobý radioaktivní odpad a jsou považovány za inherentně bezpečné. Technologie je však stále ve fázi výzkumu a její komerční nasazení se očekává nejdříve v druhé polovině 21. století.

🧑‍🏫 Pro laiky: Jak funguje jaderná elektrárna?

Představte si jadernou elektrárnu jako obrovský a velmi výkonný parní hrnec.

1. Palivo: Místo ohně pod hrncem máme speciální palivové tyče, které obsahují uran. V těchto tyčích dochází k "rozbíjení" nepatrných částeček (atomů) uranu. Když se jedna částečka rozbije, uvolní obrovské teplo a zároveň "vystřelí" další malé neviditelné kuličky (neutrony), které rozbijí další částečky. Tomu se říká řetězová reakce.

2. Ohřev vody: Toto obrovské teplo ohřívá vodu, která proudí kolem palivových tyčí. Voda je pod tak velkým tlakem, že se ani při teplotě 300 °C nezačne vařit. Je to vlastně takový superhorký, ale stále tekutý "čaj".

3. Výroba páry: Tento superhorký "čaj" se vede trubkami do další velké nádoby, které se říká parogenerátor. V ní proudí v oddělených trubkách a předá své teplo jiné vodě. Tato druhá voda už pod takovým tlakem není, takže se okamžitě změní na obrovské množství horké páry – podobně jako když se vám vaří voda v konvici.

4. Roztočení turbíny: Pára má obrovskou sílu a je vedena na lopatky obrovské vrtule, které se říká turbína. Funguje to stejně, jako když fouknete do malého větrníčku. Pára turbínu roztočí do neuvěřitelných otáček.

5. Výroba elektřiny: Turbína je napojena na generátor (což je v podstatě obrovské dynamo). Jak se turbína točí, točí se i generátor a vyrábí elektřinu. Ta pak putuje dráty do našich domovů.

6. Chlazení: Pára, která prošla turbínou, se musí ochladit, aby se z ní opět stala voda a mohla se znovu použít. K tomu slouží ty obrovské komíny, tzv. chladicí věže, ze kterých stoupá jen čistá vodní pára – jako mraky.

Celý proces "rozbíjení" uranu je pečlivě hlídán v masivní betonové budově, aby bylo vše naprosto bezpečné.

Zdroje

World Nuclear Association Power Reactor Information System (IAEA) Skupina ČEZ - Jaderná energetika Státní úřad pro jadernou bezpečnost (SÚJB) Správa úložišť radioaktivních odpadů (SÚRAO) The World Nuclear Industry Status Report