Malé modulární reaktory - Hermes a Aurora

Pokračujeme pohledem pod pokličku, nebo spíše pod víko, malých modulárních reaktorů. A že jich poslední dobou je. Proto se budeme věnovat jenom těm projektům, které už jsou ve výstavbě, nebo se minimálně licencují.

Jaderný reaktor je zařízení primárně určené pro výrobu elektrické energie a tepla. A i tu elektrickou energii vyrábí jenom pomocí tepla. Bohužel to jinak neumíme. Přímo se nabízí využít toho, že samotný neutron, kterých je reaktor plný, se samovolně rozpadá na elektricky nabité proton a elektron + antineutrino. Mohli bychom pak přímo sbírat proud z toku částic. Nebo lépe - brzdit je v  magnetickém poli a mnohem lépe využít celou jejich energii. Bohužel, neutron nedokážeme nijak rozumně ovládat, nereaguje na elektromagnetické pole, obvykle do něčeho záhy narazí a je zachycen. Ani nedokážeme neutrony nijak směrovat, že bychom si pořídili jejich souvislý tok. Všechno, co potřebujeme, je udržet neutron o samotě asi čtvrt hodiny, aby se ten rozpad projevil. Inu, jak je vidět, pořád je co zkoumat a zdokonalovat.

Co se v současnosti zkoumá, je jak skloubit dohromady dvě věci, které jsou proti sobě - vysoká teplota a nízký tlak. Ve svém minulém článku jsem psal o reaktoru Natrium od TerraPower, který toto geniálně kombinuje. Díky použití sodíku a jeho solí místo vody, může aktivní část pracovat při atmosférickém tlaku a 350 ˚C. Druhou stranou mince je použití vysoce korozivních solí, které ve styku se vzduchem bouřlivě reagují. Nicméně podle všeho je to perspektivní směr, protože se zde vyvíjí celá řada dalších projektů. Podobná konstrukce je použita nejen reaktorů Hermes, ale i kanadského ARC-100 nebo Aurory.

Hermes I a Hermes II jsou demonstrační projekty americké společnosti Kairos Power, která vyvíjí vysokoteplotní reaktory chlazené roztavenou fluoridovou solí. Jejich cílem je ověřit technologii, zjednodušit budoucí výstavbu a připravit cestu ke komerčním jaderným elektrárnám. Oba projekty se staví v Oak Ridge ve státě Tennessee, historickém centru amerického jaderného výzkumu.

Samotný reaktor je opravdu malý a modulární, zdroje zmiňují průměr reaktorové nádoby 3 m a její výšku 4,4 m. Samotný reaktor Hermes I je technologický demonstrátor, nemá vyrábět elektřinu, jenom produkovat teplo. Palivo tvoří TRISO kuličky, které obsahují uran obohacený na cca 20 % izotopu U-235. Moderátorem je grafit, jako primární chladivo tvoří roztavená fluoridová sůl FLiBe, směs fluoridů lithia a beryllia. S touto směsí se v Oak Ridge experimentovalo už v 60. letech v rámci Molten Salt Experimentu. Chladící směs odvádí teplo z aktivní zóny při teplotách přibližně 550–650 °C. Systém pracuje při tlaku pod 2 bary, takže nevyžaduje masivní tlakovou nádobu srovnatelnou s klasickým tlakovodním reaktorem.

Výstavba začala v červenci 2024 zemními pracemi; jaderná výstavba následovala v roce 2025. Původní termín dokončení se posunul: americký regulátor v květnu 2026 povolil prodloužení lhůty pro dokončení stavebních prací do dubna 2029.

Hermes II už má vyrábět elektřinu, konkrétně 50 MW. Výstavba byla slavnostně zahájena 17. dubna 2026 také v Oak Ridge. Také Hermes II používá palivo TRISO a chladivo FLiBe. Reaktorové moduly mají být vyráběny v Albuquerque v Novém Mexiku a následně dopraveny na staveniště, kde budou sestaveny. Projekt tak ověřuje nejen samotnou technologii reaktoru, ale také modulární způsob výstavby. Zařízení je součástí spolupráce Kairos Power se společností Google, která chce využívat bezemisní elektřinu pro svá datová centra.

I další reaktor je postaven v dalším z historických center jaderného výzkumu v Idaho National Laboratory a navazuje na výzkumný projekt EBR-II z roku 1964. Aurora od společnosti Oklo je navržena jako rychlý reaktor chlazený kapalným sodíkem. Na rozdíl od běžných tepelných reaktorů nepoužívá moderátor, který by zpomaloval neutrony. Pracuje totiž s rychlými neutrony, což umožňuje využívat jiné kombinace jaderných reakcí a otevírá cestu k efektivnějšímu využití některých izotopů, například uranu-238.

Jedním z důvodů proč ale rychlé reaktory potřebují jiné palivo je energetická závislost účinných průřezů jednotlivých jaderných reakcí. Účinný průřez není geometrická veličina, ale pravděpodobnost určité interakce neutronu s jádrem. U mnoha absorpčních reakcí je tato pravděpodobnost pro rychlé neutrony menší než pro neutrony tepelné. Závislost však není jednoduchá: při určitých energiích se objevují takzvané neutronové rezonance, při nichž může účinný průřez naopak prudce vzrůst. V jaderné fyzice je to často označovano jako rezonanční záchyt. Je to jev, ke kterému dochází, když kinetická energie přilétajícího neutronu přesně odpovídá energetické hladině vybuzeného stavu složeného jádra. Dalším námětem na vylepšení současné technologie je vymyslet, jak produkovat jenom ty správné neutrony se správnou energií. Pak nebudeme potřebovat tolik obohacené palivo.

Aurora má využívat kovové palivo na bázi uranu a zirkonia. Zajímavostí je také plánované využití uranu získaného ze spotřebovaného paliva původního reaktoru EBR-II. Americké ministerstvo energetiky poskytlo společnosti Oklo materiál odpovídající přibližně pěti tunám HALEU, který vznikl přepracováním dříve ozářeného paliva EBR-II.

Právě zde se propojuje historický výzkum EBR-II s novými projekty rychlých reaktorů. Zkušenosti s kovovým palivem, sodíkovým chlazením a využíváním recyklovaného jaderného materiálu mohou přispět k efektivnějšímu využití jaderných zdrojů.

Aurora-INL je označení pro první reaktor svého druhu, INL znamená Idaho Nuclear Laboratory. Výstavba začala 23. září 2025, provoz má být spuštěn v roce 2028. Reaktor je navržen na 75 MW elektrického výkonu.

Příště se podíváme na další zajímavé projekty, jako je kanadský ARC-100, SMR od Rollsů nebo NuScale v Rumunsku.

Vážený čtenáři, děkuji z Vaši pozornost, kterou jste tomuto článku věnovali. Doufám, že nejen zaujal, ale i potěšil a přinesl něco nového. Budu moc rád, pokud můj článek ohodnotíte v diskuzi, budete ho sdílet nebo přispějete drobným příspěvkem na tvorbu dalších podobných článků. A pokud se ptáte na knihu Tim se ptá: Proč a jak funguje vesmír - pořídil jsem dotisk a už by měla opět být dostupná ve všech dobrých knihkupectvích. A ano, bude druhý díl :)