1. Lidé nebyli první
Psal se konec roku 1942. Na východní frontě se dostává německá armáda u Stalingradu do obklíčení a na severu Afriky přebírají spojenecké armády iniciativu. Německo začíná snít o tajné zbrani, která jim válku vyhraje. Amerika na tajném projektu „absolutní zbraně“ již pracuje. V podzemí chicagského univerzitního stadionu v čele s italským vědcem-emigrantem Enrico Fermim spouští na primitivním reaktoru první řízenou štěpnou reakci…
Bylo však lidstvo výlučně první? Dnes již víme, že ne. Příroda předběhla lidstvo o dvě miliardy let. S tímto šokujícím zjištěním přišli v roce 1972 francouzští vědci zkoumající vzorky v uranovém nalezišti Oklo v jihovýchodní části Gabunu. Ve skalních masívech se udržovala štěpná jaderná reakce neuvěřitelných 150 000 let.
Jak vůbec mohlo dojít k samovolné iniciaci štěpného procesu? Proč jaderná reakce nepřerostla k roztavení ložisek uranu nebo dokonce k jaderné explozi? Aby vůbec mohlo dojít k nastartování řetězové štěpné reakce, muselo být k dispozici dostatečné (kritické) množství uranu 235. Vždyť i u většiny současných energetických reaktorů se musí uranové palivo obohacovat. Ale jak to zvládla příroda? Nebylo to nakonec dílo zaniklé vyspělé civilizace?
Řešení této záhady se stalo pro vědce dokonalým rébusem. Nejdříve si všiml jeden francouzský chemik při analýze vzorků uranové rudy z Gabunu, že obsah uranu 235 je podstatně menší, než normálně ruda obsahuje, tj. 0.72 %. To svědčilo o částečném vyhoření uranu v minulosti. Když vědci uvážili poločas rozpadu, musel být před dvěma miliardami let, kdy přírodní reaktory v Oklu pracovaly, obsah uranu 235 v uranové rudě cca 3 %. A to už bylo dostačující množství pro zahájení štěpné reakce. Navíc si přírodní reaktory dokázaly určité množství paliva vyrobit samy. Část neutronů produkovaných při štěpení byla pohlcována v uranu 238, vznikl uran 239, ten se přes neptunium rozpadl na plutonium 239. A právě existence jaderných izotopů vyprodukovaných přírodním reaktorem, ať už štěpením jader nebo radioaktivním rozpadem, byla nakonec nezvratným důkazem fungování přírodního reaktoru. Zbývalo už najít jen moderátor pro zpomalení neutronů a chladivo. Zjednodušeně řečeno, tuto roli sehrála voda cyklicky se vypařující a opět natékající do přírodního reaktoru.
Tento fascinující přírodní objev, který nezávisle na přírodě zopakoval člověk, nabídl lidstvu dvě alternativy. Cestu zkázy nebo pokroku. 

2. Jaderné reaktory

Ve čtyřicátých letech experimenty s jádry pod patronací vojáků nevěštily nic dobrého. Druhá světová válka ještě neskončila a obavy z prvenství výroby atomové bomby u protivníků byly oboustranné. Atomový program na získání uranu 235 a plutonia 239, které byly vhodné pro nálože do jaderných bomb, měl absolutní přednost. Mírové využití atomu se odkládalo.
Přestože k objevu štěpení jader uranu dospěl německý chemik Otto Hahn již v roce 1938, hitlerovské Německo v experimentech nepokročilo. Brzy po USA (Fermiho reaktor v r.1942) měly své zkušební reaktory Kanada a Anglie. Francie dohnala své zpoždění v roce 1948 a odlišným těžkovodním reaktorem nastoupila vlastní nezávislou cestu od těžby uranu až po jeho zpracování po vyhoření.
O stavu prací v SSSR až do roku 1954 nebylo nic známo. Mnohé ale naznačil proces s „atomovým špionem“ Juliem Rosenbergem začátkem 50. let v USA. Přinejmenším ušetřil Sovětům čas a peníze.
V Československu se v druhé polovině 50. let podařilo skupině nadšenců vybudovat urychlovač k výzkumu jader. Byl to potřebný start pro budoucí odvážný program výstavby jaderných elektráren v naší zemi. 

3. První jaderné elektrárny (JE)

V padesátých letech bylo ve světě atomu rušno. Pomineme-li atomové přezbrojování mocností, tzv. „overkill“, v jaderné energetice nastal konečně obrat k lepšímu. První sovětská JE, byť malého výkonu, začala dodávat do sítě proud. Americká ponorka Nautilus s jaderným pohonem podplula severní pól a atomový ledoborec Lenin se třemi reaktory neúnavně bortil ledy Severního moře.
Pestrá paleta používaných typů reaktoru byla udivující. Angličané se vydali cestou reaktorů s grafitovým moderátorem a plynným chladivem. Stejně samostatně si počínali Francouzi. Američané provozovali hlavně vodovodní reaktory a podobně i Rusové, kteří navíc ještě pokoušeli ďábla svým později nechvalně známým černobylským typem.
Funkční schéma většiny JE bylo v podstatě stejné – v reaktoru ohřáté chladivo se primárním okruhem odvádělo do parogenerátoru, kde předalo své teplo sekundární vodě k vývinu páry. Pára sekundárního okruhu poháněla turbínu a ta roztáčela generátor elektrické energie. Zdáli nepřehlédnutelné vysoké věže chladily vodu pro turbínový kondenzátor. Nepostradatelné byly pomocné systémy, udržující potřebnou kvalitu médií, a zdvojené až ztrojené regulační a bezpečnostní systémy.
První pokus o energetickou nezávislost Československa lze datovat na začátek šedesátých let, kdy se v tichosti přistoupilo k projektové přípravě první JE A1 v Jaslovských Bohunicích. Unikátní typ reaktoru umožnil využití domácího přírodního uranu, moderování neutronů těžkou vodou a chlazení reaktoru plynným kysličníkem uhličitým. 

Při stavbě JE byl maximálně využit domácí vědecký a odborný potenciál, technologická vyspělost a tradice našeho průmyslu. Vyrostly nové výrobní haly velikosti kosmických provozů, vyráběly se jaderné komponenty z té nejušlechtilejší oceli, s tloušťkou odolávající nejvyšším tlakům a teplotám a s životností dvou generací. Unikátním zařízením vyvinutým ve Škodovce byla nejen mohutná tlaková nádoba, ale i zavážející stroj umožňující výměnu paliva za provozu. Dodavatelem většiny zařízení byly tuzemské firmy, těžkou vodu dodal Sovětský svaz.
Počátky jaderné energetiky se neobešly bez nehod. To bylo také jedním z  důvodů založení Mezinárodní agentury pro atomovou energii (IAEA – International Atomic Energy Agency). Kromě dozoru nad nešířením jaderných zbraní a mírovým využíváním jaderné energie se stala garantem úmluv o pomoci v případě jaderné nebo radiační nehody, o včasném oznamování jaderné nehody, o bezpečnosti při nakládání s vyhořelým palivem a o dalších bezpečnostních aspektech. 

4. Bezpečnostní systémy

Na dřevěném lešení zakrývajícím pyramidu grafitových bloků a plechovek s kovovým uranem stojí muž se sekyrou. Je připraven přetnout provaz, na jehož konci visí kadmiová tyč. Pod ním probíhá přísně utajený Fermiho pokus prvního štěpení jader uranu v reaktoru. Grafit zpomaluje neutrony, kadmium pohlcuje. Zasunutím kadmia do nitra pyramidy se zabrání nežádoucímu nekontrolovanému rozběhu řetězové štěpné reakce. Toto byl, před 66 lety, bezpečnostní systém u prvního jaderného reaktoru…
Od té doby byly uvedeny do provozu stovky energetických jaderných reaktorů. Neúnavně dodávaly do sítě elektrický proud a jejich automatické bezpečnostní a regulační systémy nepřetržitě hlídaly parametry jaderného paliva, médií a ovzduší. Tlak, teplotu, chemické složení chladiva, radioaktivitu uvnitř i vně jaderné elektrárny. A desítky dalších parametrů.
Regulační systémy u primární části jaderné elektrárny jsou minimálně zdvojené, bezpečnostní systémy ztrojené. Pokud dojde k odchylce od zadaných parametrů, např. k zvýšení tlaku chladiva v primárním okruhu, nejdříve zareaguje provozní regulace systému kompenzace objemu, poté systém ochrany reaktoru ovládající regulační, kompenzační a havarijní tyče a nakonec soubor speciálních pojistných ventilů. Vše v návaznosti na regulaci sekundárního okruhu.
Ilustrujme si nyní práci bezpečnostních systémů při velké havárii – prasknutí primárního potrubí následkem vady materiálu. Ochrany reaktoru automaticky zasouvají havarijní tyče do reaktoru a odstavují jej. Speciální rychlozávěry na potrubí procházejícím ochrannou obálkou (kontejnmentem) se během 5 vteřin uzavírají, aby nedošlo k úniku radioaktivity do okolí. Prostor pod ochrannou obálkou, kde z unikajícího chladiva o vysoké teplotě se tvoří pára, se sprchuje vodou s obsahem chemikálií a omezuje se tím nežádoucí natlakování ochranné obálky a šíření radioaktivních prvků. Bezpečnostní systémy startují a doplňují chladivo do reaktoru, aby nedošlo k obnažení článků paliva. Nejdříve chladivo s obsahem boru na snížení reaktivity (souvisí se změnami neutronového toku) a poté nízkotlaké chladivo na dochlazení reaktoru. Vzhledem k dokonalým diagnostickým prohlídkám zařízení při výrobě, montáži a provozu JE je však pravděpodobnost takovéto nehody prakticky nulová.
Také elektrické a řídící systémy jsou několikanásobně jištěny. Při výpadku proudu startují dieselgenerátory a nejdůležitějším systémům se okamžitě dostává elektrického napájení z baterií, aby se mohl odstavit a dochladit reaktor.
Při havarijních událostech se příslušné systémy uvádí do provozu automaticky. Operátor po dobu 20 minut do procesu nezasahuje a poté postupuje podle detailních návodů na obsluhu. 

Takovýto postup má svoje odůvodnění. V minulosti lidský faktor již několikráte selhal a byl příčinou fatálních nehod.
V případě havárie první atomové elektrárny A1 na Slovensku v roce 1977 proti nezodpovědnosti obsluhy však žádný předpis nemohl existovat. V palivovém článku nedbalostí zapomenutý sáček s granulemi absorbentu vlhkosti v ceně několika korun vyřadil dílo za 150 miliard Kčs. Granulemi ucpaný palivový soubor nemohl být chlazen, lokálně se přehřál, poškodil aktivní zónu s jaderným palivem, došlo k protavení nádoby s těžkou vodou a primární okruh byl silně kontaminován štěpnými prvky. 

Havárie na americké jaderné elektrárně v Three Mile Island-2 u Harrisburgu v roce 1979, byť bez újmy na zdraví obyvatel v širokém okolí, odhalila technické nedostatky i selhání obsluhy. Pouhý výpadek napájecích čerpadel na sekundární straně přerostl v nehodu na primární straně neuzavřením hlavních pojistných ventilů a k vytvoření nebezpečné vodíkové bubliny v reaktoru. Naštěstí bez obnažení palivových článků. Později bylo zjištěno, že po poslední údržbě zůstaly nedbalostí zavřeny ventily náhradních napájecích čerpadel. Poznatky z nehody zalarmovaly projektanty JE na celém světě.

Černobylskou tragédii dne 26.4.1986 sledovala odborná veřejnost s tichým úžasem a pochopila ji jako schůzku s ďáblem, při které lidský faktor zcela selhal. Plánovaný experiment při sníženém výkonu reaktoru typu RBMK na čtvrtém bloku a vědomě odpojeném havarijním signálu skončil po dvaceti minutách 100 krát vyšším výkonem, který vedl k destrukci paliva a celé konstrukce reaktoru. Při následných dvou explozích došlo ke zborcení části stavební konstrukce a vyvržení fragmentů paliva i grafitových bloků do okolního prostoru. Únik radioaktivních látek z roztaveného paliva do ovzduší probíhal při vysokých teplotách po dobu několika dnů. Pro evropskou biosféru to byla globální pohroma. Radioaktivní mrak s nebezpečným jodem-131, cesiem-137, stronciem-90 a dalšími štěpnými prvky cestoval křížem krážem Evropou. Jod ohrožoval vše živé sice jen několik dnů svým krátkým poločasem rozpadu, cesium a stroncium však budou nebezpečné další desítky let a plutonium tisíce let…
O mnoho let později byly příčiny havárie v Černobylu na čtvrtém bloku přehodnoceny a pokus svalit vinu jen na operátory a sejmout vinu z konstruktérů a vědců se ukázal jako vykalkulovaný. Absence kultury jaderné bezpečnosti byla patrná na všech úsecích – od konstruktérů po dozorčí orgány. Obrovské úsilí vynaložené na likvidaci havárie, které svým rozsahem nemělo obdoby kdekoliv na světě, bylo již jen úsilím „den poté“ s četnými oběťmi. Hořkost pelyňku (černobýlu) zůstala navždy mezi těmi, kdo přežili. Artemisia vulgaris.
Uklidňující zprávou pro veřejnost byla informace, že tento typ reaktoru byl provozován jen na území SSSR. Pozitivním přínosem ve prospěch jaderné energie byla pak následná široká diskuse o alternativních zdrojích energie, která nakonec prokázala, že jedinou reálnou alternativou je zase jen jaderná energie.
Vylepšené bezpečnostní systémy u současných JE, jako např. u jaderné elektrárny Temelín, zajišťují bezpečnost „za každého počasí“. Jejich funkceschopnost je zachována při všech projektem předpokládaných událostech – zemětřesení, požárech, vichřici, zátopách, pádu letadla, diverzních akcích a poruchách na JE. 

5. Reaktory nové generace

Ten den bylo v New Yorku tropické vedro, klimatizace v budovách pracovala na plný výkon a blížila se večerní špička, když došlo k nejrozsáhlejšímu výpadku elektrického proudu v historii USA. Tzv. Black-out začal 14. srpna 2003, trval celkem 42 hodin, postihl 50 milionů lidí a škody přesáhly 6 miliard dolarů…
V New Yorku byla porucha totální. Vlaky metra plné lidí se zastavily, ve výtazích uvízly stovky lidí. Lidé pracující na Manhattanu ve výškových budovách zůstali v práci, protože sestup po temných schodech byl nebezpečný. Na letištích byl omezen provoz, výroba v továrnách se zastavila, nemocnice a věznice fungovaly jen s pomocí dieselagregátů.
Analytici této havárie hovořili o nedostatku investic do nových elektráren a přenosových sítí a opakování obdobných výpadků proudu v Itálii, Londýně a Skandinávii jim dalo za pravdu. Přispěly tyto události k renesanci jaderné energie? Projekty jaderných elektráren s reaktory nové generace byly každopádně v dohledu. 

Jaderné elektrárny s reaktory II. generace jsou v podstatě ty, které jsou v současné době v provozu nebo dosluhují. Reaktory III. generace zatím neopustily projektové kanceláře kromě prototypu francouzského reaktoru EPR. Jaké budou jejich přednosti?
Zcela určitě se zvyšuje jaderná a radiační bezpečnost použitím pasivních bezpečnostních prvků, které nevyžadují elektrický nebo mechanický zásah operátora či kontrolního systému, neboť fungují na principu gravitace nebo přirozeného proudění. Z ekonomického hlediska je podstatná životnost reaktoru, která se zvyšuje na 60 let. Snížení spotřeby uranu a zmenšení objemu radioaktivního odpadu umožňuje vysoké vyhoření paliva. Prodloužení intervalu mezi výměnami paliva je docíleno vlastnostmi nového paliva.
Takovýto typ reaktoru by mohl být použit např. při dostavbě dalších bloků na JE Temelín. Pro udržení současné úrovně nezávislosti na zahraničních energetických zdrojích a pro zajištění soběstačnosti v dodávkách elektřiny bude v ČR nutné vybudovat minimálně jednu novou jadernou elektrárnu. 

Reaktory IV. generace jsou zatím jen vizí jejich navrhovatelů. Oproti některým alternativním zdrojům energií vizí reálnou a navíc převratnou. Zdroje uranové rudy nejsou nevyčerpatelné a právě tyto reaktory by měly umožnit využití veškerého potenciálu obsaženého v jaderném palivu, tedy i uranu 238. Umožnily by „spálení“ vznikajících transuranů a docílily by tím zmenšení objemu a aktivity jaderných odpadů, které by pak obsahovaly už jen štěpné produkty.
Tyto reaktory jsou uvažovány v několika variantách podle druhu chladiva a eventuálně podle materiálu na zpomalování neutronů. Hlavním představitelem první skupiny je reaktor s velmi vysokou teplotou chladiva – helia dosahující 1000°C a s moderátorem neutronů – uhlíkem. Při této extrémní teplotě lze pomocí termochemických metod produkovat vodík pro druhotné využití ve vodíkovém hospodářství.
Druhou skupinu reaktorů IV. generace reprezentují hlavně rychlé (množivé) reaktory. Rychlé proto, že využívají rychlých neutronů k rozpadu uranu 238 na transurany a množivé proto, že tyto transurany jsou použitelné dále jako palivo. Konstrukce těchto reaktorů navazuje na bohaté zkušenosti z provozu těch současných. Budou však pracovat při vyšších teplotách. Jsou chlazeny plynem – heliem (800°C) či tekutým sodíkem (550°C) a také produkují vodík pro druhotné použití.
Zvláštní skupinou jsou rychlé reaktory chlazené tekutým olovem, jejichž starší typ je dnes s úspěchem používán na ruských ponorkách. Reálné je také provedení v podobě malého kompaktního mobilního reaktoru s výkonem 10 až 100 MWe, který by měl velmi dlouhý interval mezi výměnami paliva v rozpětí 15 až 20 let.
Reaktory IV. generace potěší investory, odběratele i ekology. Nižší provozní náklady, recyklace paliva, zmenšení radioaktivního odpadu, ekonomická výhodnost prodloužením životnosti a vyšší jaderná a radiační bezpečnost. Na tyto priority bude nutno si však počkat nejméně do roku 2030. 

6. Skladování vyhořelého paliva

Černým Petrem jaderné energetiky je vyhořelé jaderné palivo. Je vysoce radioaktivní, uvolňuje teplo a jeho izolaci od biosféry bude nutno zajistit na období delší než 10 tisíc let.
Nerudovské Kam s ním? proto zaměstnává generace atomových odborníků. Každý stát řeší likvidaci vyhořelého jaderného paliva zatím po svém. Umělá hlubinná úložiště budou nejbezpečnější, ale i varianta úložišť v upravených bývalých solných dolech se zdá být přijatelná. Ideální úložiště musí být vybudováno v hloubce cca 500 m a v neporušeném geologickém prostředí v oblasti, kde nehrozí vulkanická činnost, zemětřesení, zaplavení nebo zalednění.
Bohaté státy, které mají na přepracování vyhořelého jaderného paliva (separaci vzácných prvků k dalšímu využití), s budováním nákladných hlubinných úložišť příliš nespěchají. Ostatní státy konečné řešení odsouvají a vypomáhají si mezisklady.
Celkovou problematiku jaderného paliva pochopíme, vydáme-li se po jeho palivovém cyklu. Ten představuje – těžbu uranové rudy, výrobu paliva, vyhoření v reaktoru, uložení vyhořelého paliva v bazénu na jaderné elektrárně na kratší dobu, mezisklad na 40 – 50 let a přepracování nebo konečné uložení. 

Uran jako prvek byl objeven již v roce 1789 a byl pojmenován podle planety Uran. Těží se především v USA, Kanadě, Austrálii, Rusku, Číně a v několika afrických zemích (Gabun, Niger, Namíbie). V dříve bohatých uranových dolech v Česku byla těžba v 90. letech utlumena na minimum. Zvyšující se ceny uranu na světových trzích ale nahrávají oživení těžby. Poslední otevřený uranový důl ve střední Evropě v Rožné na Žďársku má ještě naději.
Vytěžená uranová ruda (smolinec) prochází řadou chemických úprav. Vstupní surovinou pro výrobu paliva je pak kysličník uraničitý. Vzhledem k nízkému obsahu štěpitelného izotopu uranu 235 se obohacuje z 0.72 % na 3 %.
Vlastním palivem jsou malé tablety slisovaného oxidu uranu, které jsou podle typu reaktoru obvykle umístěny v ochranných trubkách (pokrytí paliva). Soubor trubek s palivem pak vytváří kazetu a ty tvoří v reaktoru tzv. aktivní zónu, kterou prochází chladivo a přenáší tepelnou energii dále. V odborné hantýrce se palivu před vložením do reaktoru říká „čerstvé palivo“; je jen slabě radioaktivní.
Proces nerovnoměrného vyhořívání paliva v reaktoru (rychleji v centru a pomaleji na okraji aktivní zóny) je určující pro cyklus výměny paliva. Jednou za tři event. čtyři roky se méně vyhořelé palivo na okraji zóny přesouvá do centrální části a to vyhořelé se z centrální části transportuje pod sloupcem stínící vody do bazénu vyhořelého paliva bezprostředně u šachty reaktoru. Od této chvíle disponujeme vysoce radioaktivním materiálem. 

Co vlastně způsobilo radioaktivitu paliva? Připomeňme si, že štěpením jader uranu 235 vznikají dva štěpné prvky s různou četností od lehkých prvků po ty těžší. Některé štěpné prvky se s určitým poločasem rozpadají a přitom vyzařují záření alfa, beta a gama. A to je ta radioaktivita.
Alfa částice jsou v podstatě jádra hélia, které mají silné ionizační účinky na okolí, snadno se sice odstíní, ale pro člověka jsou nebezpečné při vniknutí do těla – např. potravou. Záření beta jsou částice (elektrony nebo pozitrony). Pohybují se velmi rychle a jejich pronikavost je větší než u alfa částic. Záření gama je vysoce energetické elektromagnetické záření, které je pro živé organismy včetně člověka nebezpečné. Může způsobit podobná poškození jako rentgenové záření. Negativně působí i na konstrukční materiály.
Vraťme se do bazénu vyhořelého paliva v sousedství reaktoru. Zde pod vrstvou vody je vyhořele palivo chlazeno a postupně, v důsledku radioaktivního rozpadu, snižuje svou aktivitu. Po dvou letech je vyhořelé palivo převezeno ve speciálních kontejnerech do meziskladu vyhořelého paliva, kde jej čeká suchá nebo mokrá varianta uložení, vydatné chlazení a odvod stále ještě uvolňujícího se tepla.
Mezisklad je jakási z nouze ctnost. Definitivně neřeší, ale získává čas. S klesající radioaktivitou usnadní budoucí manipulaci s vyhořelým palivem, vše je stále pod kontrolou a v průběhu skladování je dostatek času na rozmyšlení, co podniknout s jaderným odpady, objeví-li se modernější a výhodnější metoda na jejich zpracování.
Na první pohled beznadějná budoucnost s křížem radioaktivity na zádech má ale svého spasitele. Jsou to reaktory IV generace (viz předchozí díl), které umožni „spálení“ všech při rozpadu vznikajících transuranů a docílí tím zmenšení objemu a aktivity jaderných odpadů Další nadějí je podkritický reaktor řízený urychlovačem, který navrhli vědci v Americké národní laboratoře v Los Alamos. Ten by měl spalovat dnešní vyhořelé palivo, přeměňovat ho na nízkoradioaktivní odpad a přitom vyrábět velké množství elektřiny.

7. Fúzní reaktory

Čtvrté skupenství hmoty je plazma. Hmota ve vesmíru je z 99 % v plazmatickém stavu. Slunce o teplotě středu kolem 13 milionů °C je vodíková plazma, ve které probíhá termonukleární reakce mezi jádry vodíku a uvolňuje se ohromné množství energie.
S tímto poznáním nastoupil člověk cestu s cílem dosáhnout na Zemi kontrolovanou termonukleární fúzi, aby si zajistil nevyčerpatelný zdroj energie. Cesta k řešení vede přes vodíkovou plazmu, která je z energetického hlediska nejvýhodnější. Její ohřátí pomocí elektrických výbojů na 200 milionů °C dodá jádrům izotopu vodíku – deuteria a tritia – energii potřebnou pro překonání odpudivých sil a k jejich sloučení. Vznikne helium, neutron a obrovská energie. Jedná se tedy o opačný proces než je štěpení jader.
A jsme u prvního úskalí. Zatímco deuterium lze levně a v neomezeném množství získat z vody, tritium díky své přirozené radioaktivitě s poločasem rozpadu 12 let už dávno v přírodě neexistuje a musí se uměle vyrobit. První náplň se získá štěpením v jaderném reaktoru a další tritium originálním způsobem ve vlastním fúzním reaktoru. Chladivem celého procesu je totiž tekuté lithium, které reaguje s neutrony za vzniku tritia a helia. Tritium se pak z chladícího okruhu separuje a putuje do skladu „čerstvého paliva“, kde podstoupí proces podchlazení. Spolu s deuteriem je pak jako zmrzlá kulička vstřelováno zpět do reaktoru.
Druhým úskalím byla vysoká teplota plazmy, které by neodolal žádný materiál nádoby. Šalamounským řešením zdolali vědci i tento problém. Plazma je udržována v potřebné vzdálenosti od stěn nádoby pomocí magnetického pole. Plazma visí ve vzduchu a mezi ní a stěnou je vakuum. Tepelné zatížení stěn nádoby se sníží na 1000 °C , a to lze dnes již zvládnout např. niobem. Novinkou pro usměrnění pohybu plazmy je také vynález Massachusettského technologického institutu, kterým se tok plazmy ovlivní pomocí radiových vln.
Tvar nádoby fúzního reaktoru připomíná nafouklou duši od pneumatiky. Vodíkový plyn uvnitř nádoby je obklopen prstencem chladícího lithia, dále obálkou tvořenou grafitem nebo vodou na odstínění neutronů, tepelnou izolací a prstencem supravodivých cívek pro tvorbu magnetického pole. Nádoba je napojena na plnící okruh s deuteriem a tritiem, na chladící okruh lithia a přívod elektrické energie ke startu reaktoru.
Tekuté chladivo – lithium – obstarává, kromě tvorby tritia, další funkci a to je odvod tepelné energie do parogenerátoru. A tady jsme již u známého klasického okruhu na výrobu páry v parogenerátorech a přeměnu tepelné energie v turbíně na mechanickou pro pohon generátorů elektrické energie.
Posledním úskalím je doba udržení reakce. Když jsem před třiceti lety psal článek o fúzním reaktoru do jednoho mládežnického časopisu, uváděl jsem dobu 0.1 sekundy. U současného největšího fúzního reaktoru světa v Culhamu v Anglii je uváděna doba 0,7 sekundy.
Nejnovější výzkumy nabízí i druhou variantu fúzního reaktoru, tzv. inerciální udržení. Při něm se palivo zahřeje soustavou laserových paprsků. Zažehnuté palivo přitom dodává energii pro fúzi dalších atomů vodíku. Na tomto principu fúze totiž fungovaly také vodíkové bomby. Místo laseru posloužila jako „rozbuška“ klasická atomová bomba. V energetice by byl takový postup nebezpečný. Laserové paprsky naopak vědcům umožní mít celý proces pod kontrolou.
Představitelem základní verze fúzního reaktoru je tokamak. Název je odvozen z ruských slov (Toroidalnaja Kamera i Magnitnyje Katuški = toroidální komora a magnetické cívky). Jeho koncepce se zrodila v padesátých letech v bývalém Sovětském svazu zásluhou týmu ruského fyzika Andreje Sacharova – duchovního otce sovětské vodíkové zbraně.
V současnosti se největší pozornost soustřeďuje na mezinárodní projekt ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), který bude výsledkem spolupráce zejména EU, Japonska, Ruska, Kanady a USA. Tento fúzní reaktor je odvozený od tokamaku a pracuje v pulzním režimu. Má úctyhodné rozměry – vnější celkový průměr přibližně 20 m a výšku 15 m. S výkonem 500 MW vyprodukuje více energie než spotřebuje na rozpoutání termonukleární reakce.
Také čeští vědci přispívají svým dílem. K výzkumným pracím jim posloužil malý ruský tokamak Castor, který byl po třiceti letech provozu nahrazen modernějším a větším tokamakem Compass darovaným českému Ústavu fyziky plazmatu anglickou agenturou pro atomovou energii.
Zlí jazykové tvrdí, že od 70. let minulého století se termín komerčního využití fúze posouvá vždy o 30 let. Máme tedy naději, že fúzní reaktor, kterým lidstvo získá čistý a neomezený zdroj energie, bude spuštěn v roce 2040.

8. Domácí reaktory

„Už je to tady. Čistá, bezpečná a cenově dostupná energie.“ Tímto reklamním sloganem vstupuje americká firma Hyperion na trh s něčím nevídaným a pokračuje obecnou informací: „Koho by napadlo, že výhodnou energii z obrovských jaderných elektráren může poskytnout také malý, kompaktní energetický modul, který lze transportovat náklaďákem, železnicí, nebo lodí kamkoliv, kde je třeba spolehlivý a bezpečný zdroj elektrické energie a tepla pro domácnost nebo průmysl a kde se nevyplatí budovat velkou elektrárnu. Nyní je tady k dispozici 24/7 za každého počasí.“
Co je to ten energetický modul? Není to jen science-fiction? Nebo to souvisí s již dříve deklarovanou spoluprací amerických a ruských vědců na poli hledání nových zdrojů elektrické energie, nového skupenství hmoty, využití nízkoteplotního plazmatu, výroby zcela nových materiálů dříve neznámých struktur s neobvyklými vlastnostmi, nových magnetických typů pohonů pro lodě, letadla i kosmická plavidla a možnosti vyrábět diskoplány s vlastnostmi létajících talířů? Anebo se jedná pouze o odtajněné vojenské projekty v souvislosti s aktivitou nové administrativy amerického prezidenta Obamy na radikální snížení emisí v ovzduší?
Co vlastně známe o konstrukci tohoto reaktoru? Firma Herion je na detaily velice skoupá. Horká část reaktoru je vysoká jen 1,5 m. Výkon 25 MW elektrických bude postačující pro 20000 domácností. Zabudováním modulu v zemi je zajištěna všestranná bezpečnost. Zapečetěný modul se na místě nikdy neotevírá. Zásoba paliva umožňuje nepřetržitý provoz minimálně po dobu 5 let. Výměnu paliva provádí specializovaná firma. Odpad za dobu provozu dosahuje velikosti softbalového míčku. Proces je založen na přírodní chemické reakci objevené před 50 lety. Systém nemá mechanické pohyblivé části, které by mohly selhat. Pro chlazení není používána voda a nemůže nastat nadkritický stav nebo nežádoucí přehřátí. Výrobní proces nepřispívá ke škodlivému skleníkovému efektu plyny a následnému globálnímu oteplování… Jinými slovy – je to velká baterie.
Takováto neúplná informace o novém zdroji energie je spíše hádankou a může vyvolat různé dohady včetně úvahy o rozluštěných objevech Alberta Einsteina, které on odmítl za svého života zveřejnit.
Podle ruských vědců mají domácí reaktory dosahovat výkon 3-4 kW. „Dobíjet“ se mají z okolního magnetického, gravitačního i elektrostatického pole. Přetvářejí jejich magnetický náboj na vlastní elektromagnetické pole. To se díky pulzujícím a oscilujícím nábojům mění v elektrický tok. Výkonnější reaktory se připravují pro využití v průmyslu.
Čeští vědci jsou v posuzování těchto objevů zdravě skeptičtí. Zatím nebyly žádné vědecké studie publikovány. Když energii odněkud berete, musí zároveň někde ubývat. Také se diví, že v odborných kruzích ve světě o těchto převratných objevech zatím panuje ticho.
Třetí informace o domácích reaktorech přichází z Japonska. Toshiba nabízí mikrojaderný reaktor. Tento mikroreaktor o výkonu 200 kW je bezporuchový, nemá řídící tyče na iniciaci reakce a provoz je zcela automatický. Nová převratná technologie používá tekutého lithia na pohlcování neutronů. Celý proces je samoudržující po dobu 40 let a produkuje elektrickou energii v ceně 1 kWh za 5 centů. Jinými slovy – ideální reaktor pro menší počet domů za příznivou cenu.
Ať už bude skutečnost o domácích reaktorech jakákoliv, zdá se, že vynalézavost člověka je bezmezná a lidstvo se nemusí bát energetické apokalypsy. Naopak se může těšit na nové energetické zdroje, které zkvalitní jeho životní prostředí. 

9. Jaderné reaktory zničené válkami

Letka osmi letounů F-16A vybavená přídavnými nádržemi a vyzbrojená bombami se zpožděnou detonací vzlétla z vojenské základny v Negerské poušti na jihu Izraele, přelétla jordánský a saudský vzdušný prostor a zamířila na irácké území. Cílem, vzdáleným 1600 km, bylo jaderné centrum Al Tuwaita (Osirak) v Iráku. Nad iráckou pouští sestoupila letka 30 metrů nad terén, aby se skryla před radaremirácké obrany. Před jaderným komplexem Osirak vystoupala do výšky asi 1 000 metrů a zahájila útok. Všech šestnáct bomb zasáhlo komplex reaktoru a zničilo jej. Byla neděle 7. června 1981. 

Ironií osudu bylo, že letouny bezprostředně po startu přeletěly přímo nad soukromou jachtou jordánského krále Hussajna, který rozpoznal izraelské znaky, okamžitě si uvědomil cíl jejich mise, ale jeho varování Irák nebral vážně. 

Co ale přimělo Izrael k této riskantní akci? Jaderný program zahájil Irák již v 60. letech, ale v polovině 70. let jej chtěl rozšířit o jaderný reaktor. Po neúspěšných žádostech o grafitem moderovaný typ reaktoru ve Farncii a o reaktor Cirene v Itálii, nakonec irácká vláda přesvědčila francouzskou vládu o zakoupení lehkovodního reaktoru typu Osiris. Výstavba 40 MW lehkovodního jaderného reaktoru započala v roce 1979. 

Izrael vnímal tuto skutečnost jako hrozbu, protože se obával, že Irák by mohl jaderný reaktor použít pro výrobu jaderných zbraní. Zahájil proto diplomatická jednání s Francií, Itálií a Spojenými státy, ale neuspěl při získání příslibu o zastavení výstavby reaktoru a nebyl rovněž schopen přesvědčit francouzskou vládu, aby přestala pomáhat Iráku s jeho jaderným programem. Izraelská vojenská rozvědka předpokládala, že cílem výstavby jaderného reaktoru má být produkce plutonia, potřebného na vývoj iráckých jaderných zbraní. Léto roku 1981 mělo být poslední šancí zničit reaktor před tím, než bude spuštěn. 

Izraelský útok byl kritizován na všech mezinárodních fórech. Izrael argumentoval sebeobranou a faktem, že je s Irákem ve válečném stavu od založení Izraele v roce 1948. Platnost preventivní sebeobrany, při absenci bezprostředního ozbrojeného útoku, však mnoho kritiků odmítlo. 

*** 

Válka mezi Irákem a Iránem začala v roce 1980. Trvala 8 let a od počátku připomínala zákopové souboje v první světové válce. V tomto patovém válčení nebylo vítězů. Válka skončila příměřím s miliony padlých, rozvráceným hospodářstvím na obou stranách a zničenými ropnými poli. Na straně Iránu navíc poničením rozestavěné jaderné elektrárny v Bushehru . 

Kontrakt na stavbu dvou jaderných reaktorů v Bushehru firmou Siemens AG a Kraftwerk-Union AG byl podepsán již v roce 1975. O tři roky později byly práce zastaveny z důvodu nesolventnosti iránské strany. První reaktorový blok byl zhotoven z 50 %, druhý z 85 %. K úplnému odstoupení od kontraktu došlo následkem iránské revoluce a jaderný program byl obnoven až po irácko-iránské válce. 

O dekádu později v polovině 90. let bylo na půdě jednoho českého pracoviště zaměřeného na projekty jaderných elektráren rušno. Formovala se skupina projektantů na dlouhodobou stáž v Iránu na doprojektování jaderné elektrárny v Bushehru ve spolupráci s ruskou stranou. Samotné projektanty zajímalo jediné – zdravotní rizika tropického klimatu, omezení společenského života v islámském prostředí a možnosti, skýtající atraktivní oblast perského zálivu. Vybraní atomoví specialisté se však exotické služební cesty nedočkali. Vládním nařízením přistoupila Česká republika k embargu mezinárodního společenství na dodávky jaderných technologií do Iránu. 

Ambice ruské strany v Bushehru stoupaly a nabyly konkrétní podoby v roce 1995. Ruská strana dodá vodovodní reaktor VVER-1000 a dokompletuje jaderný blok se stávajícím zařízením. Tak lakonicky zněl kontrakt mezi ruským Atomstrojexportem a iránskou stranou. Ruský reaktor zaintegrovaný do původního zařízení německé provenience udělalo z jaderné elektrárny přes noc výjimečnou záležitost světového významu. 

Začátkem roku 2010, se čtyřletým zpožděním, stojí jaderný blok v Bushehru před historickým okamžikem – zkouškami a následným uvedení JE do provozu. 

Světové společenství nakonec svůj vliv prostřednictvím Mezinárodní agentury pro atomovou energii (IAEA) na Bushehru přeci jen uplatnilo. Samotná výstavba JE byla pod kontrolou IAEA, zabezpečeno je nešíření jaderného materiálu, jaderné palivo dodané z Ruska je ocejchované agenturou a provoz JE bude také pod záštitou IAEA. 

 Nicméně Irán nadále odmítá požadavek Rady bezpečnosti OSN na utlumení vlastního programu na obohacování uranu. V září 2009 dokonce Irán oznámil, že otevírá další pracoviště na obohacování uranu, údajně pro potřebu budoucích jaderných elektráren na svém území. A co na to světové společenství? Jak říká latinské přísloví: „Kdo šetří viníky, trestá nevinné.“ 

*** 

Třetí letecký útok na jaderná zařízení se udál v regionu Deir ez-Zor v Sýrii po půlnoci 6. září 2007 na údajně jaderný reaktor sloužící vojenským účelům. Útok byl proveden osmi letouny 69. letky izraelského letectva. Letouny byly tentokráte již vybaveny raketami. Tolik novinové zprávy. 

 Všechny další zprávy byly již jen dohady nebo konspirační teorie. Sýrie zprávy světových agentur dementovala, aby posléze uvedla, že bylo bombardováno prázdné místo v poušti. Jiný syrský představitel hovořil o prázdném nedokončeném vojenském komplexu, který byl ještě ve výstavbě. Satelitní snímky včetně fotografií pořízených astronauty v Mezinárodní vesmírné stanici však dokazovaly něco jiného. 

Dostatečně přesvědčivá pak byla informace americké vlády na uzavřeném jednání Kongresu USA v dubnu 2008, kdy jeho členové byli seznámeni s důkazy, že Sýrie budovala za pomoci Severokorejců tajné jaderné zařízení, které mělo produkovat plutonium, a jejíž účel nebyl mírový  

Závěrem 

 Jaderná energetika má a bude mít ve světě bezesporu významné postavení. Její výkonnost nemůže nahradit žádný alternativní zdroj a nízké provozní náklady zaručují ekonomický efekt. Reaktory nové generace zvýší jadernou a radiační bezpečnost inovovanými bezpečnostními systémy, vyšším vyhořením paliva a snížením objemu jaderného odpadu. Jaderná energetika je navíc oproštěna od širokého spektra ekologických problémů ze spalování fosilních paliv – uhlí, ropy, plynu. Oproti jiným zdrojům je pod trvalou a velmi přísnou kontrolou dozorných orgánů i veřejnosti a její vliv na životní prostředí je důsledně vyhodnocován.
V současné době je ve světě v provozu téměř 500 bloků jaderných elektráren. Jaderná energetika se podílí na výrobě elektřiny ve světě 17 %, v EU 35 % a např. ve Francii 80 %. V České republice je podíl JE na výrobě elektrické energie cca 40 %. S ohledem na energetickou nezávislost státu bude nutno u nás vybudovat další dva jaderné bloky.
  

Anotace
Účelem seriálu je přispět k informovanosti širší veřejnosti o historii a budoucnosti jaderné energetiky s ohledem na její nezastupitelný význam při řešení energetické nezávislosti státu a přitom poskytnout alespoň základní technické údaje o jednotlivých jaderně-energetických zdrojích. 

Autor seriálu Ing. Jiří Šmucler, vystudoval obor jaderně energetická zařízení a řadu let pracoval na projektech jaderných elektráren. Zabýval se také technicko-populární publicistickou a literární činností. Ve své humorně-poetické knize Sametová flétna (Regia 2008 – www.nakladatelstvi-regia.com ) věnoval několik kapitol příběhům ze zákulisí projektování jaderných elektráren doma i v zahraničí. Kniha svými příběhy je také aktuální v předvečer kulatého výročí Sametové revoluce.