Zobrazení zdroje stránky Jaderný reaktor

{{Infobox zařízení
| název = Jaderný reaktor
| obrázek = Forschungsreaktor-triga-heidelberg-1.jpg
| popisek = Aktivní zóna výzkumného reaktoru TRIGA v Heidelbergu, viditelné [[Čerenkovovo záření]]
| typ = Zařízení pro řízenou jadernou reakci
| vynálezce = [[Enrico Fermi]] a jeho tým
| datum_vynálezu = 2. prosince 1942
| místo_vynálezu = [[Chicago]], [[Illinois]], [[USA]]
| hlavní_využití = Výroba [[elektrická energie|elektrické energie]], výzkum, produkce radioizotopů, pohon plavidel
}}

'''Jaderný reaktor''' je zařízení, ve kterém dochází k řízené [[štěpná jaderná reakce|štěpné]] nebo [[jaderná fúze|fúzní]] [[jaderná reakce|jaderné reakci]]. Nejběžnějším typem jsou štěpné reaktory, které využívají řetězovou reakci k uvolnění velkého množství [[energie]] ve formě [[teplo|tepla]]. Toto teplo se v [[jaderná elektrárna|jaderných elektrárnách]] využívá k výrobě [[pára|páry]], která pohání [[turbína|turbíny]] spojené s [[elektrický generátor|generátory]] pro výrobu [[elektrická energie|elektrické energie]]. Reaktory se také používají pro [[výzkum]], výrobu [[radioizotop]]ů pro lékařské a průmyslové účely a pro pohon vojenských [[ponorka|ponorek]] a [[letadlová loď|letadlových lodí]].

== Historie ==
Počátky jaderné energetiky sahají do první poloviny 20. století. V roce 1938 němečtí chemici [[Otto Hahn]] a [[Fritz Strassmann]] objevili jaderné štěpení. Na tento objev navázal italský fyzik [[Enrico Fermi]], který se svým týmem na [[University of Chicago|Chicagské univerzitě]] postavil první umělý jaderný reaktor na světě, známý jako [[Chicago Pile-1]]. Dne 2. prosince 1942 v něm úspěšně spustili první soběstačnou řízenou řetězovou štěpnou reakci. Tento experiment byl klíčovou součástí tajného [[Projekt Manhattan|projektu Manhattan]] během [[druhá světová válka|druhé světové války]].

První jaderná elektrárna, která dodávala elektřinu do veřejné sítě, byla spuštěna v roce 1954 v [[Obninsk]]u v tehdejším [[Sovětský svaz|Sovětském svazu]]. Následoval rychlý rozvoj, zejména po [[Ropná krize v roce 1973|ropné krizi v roce 1973]], kdy se mnoho zemí obrátilo k jaderné energii jako ke spolehlivému zdroji.

== Princip fungování ==
Jádrem štěpného reaktoru je [[aktivní zóna]], která obsahuje [[jaderné palivo]]. Nejčastěji se používá [[uran]] obohacený o izotop [[uran-235]]. Když jádro atomu U-235 pohltí [[neutron]], stane se nestabilním a rozštěpí se na dvě menší jádra (štěpné produkty). Při tomto procesu se uvolní obrovské množství energie a dva až tři další neutrony.

Tyto nově uvolněné neutrony mohou zasáhnout další jádra U-235 a vyvolat tak další štěpení. Tímto způsobem vzniká [[řetězová reakce]]. Aby byla reakce stabilní a řízená, musí být v průměru právě jeden neutron z každého štěpení použit k vyvolání dalšího štěpení. Tento stav se nazývá '''kritický stav''' reaktoru. Rychlost reakce se reguluje pomocí '''řídicích tyčí''' vyrobených z materiálů pohlcujících neutrony (např. [[bór]], [[kadmium]]). Jejich zasouváním do aktivní zóny se počet štěpení snižuje, a tím klesá i výkon reaktoru.

Energie uvolněná při štěpení se projeví jako teplo, které ohřívá [[chladivo]] (nejčastěji [[voda]]) proudící aktivní zónou. Toto teplo je následně využito k výrobě elektřiny.

== Hlavní součásti ==
Typický štěpný reaktor se skládá z několika klíčových komponent:
* '''Aktivní zóna''': Obsahuje jaderné palivo a je místem, kde probíhá štěpná reakce.
* '''Jaderné palivo''': Obvykle [[oxid uraničitý]] (UO₂) ve formě malých tablet, které jsou uspořádány v palivových tyčích. Palivo je nejčastěji obohaceno izotopem [[uran-235]].
* '''Moderátor''': Látka, která zpomaluje rychlé neutrony vznikající při štěpení. Pomalé (tepelné) neutrony mají mnohem vyšší pravděpodobnost, že způsobí další štěpení jader U-235. Jako moderátor se nejčastěji používá obyčejná [[lehká voda|voda]], [[těžká voda]] nebo [[grafit]].
* '''Řídicí (regulační) a bezpečnostní (havarijní) tyče''': Jsou vyrobeny z materiálů, které silně pohlcují neutrony (např. [[bór]], [[kadmium]]). Zasouváním a vysouváním těchto tyčí z aktivní zóny se řídí rychlost štěpné reakce a tím i výkon reaktoru. Bezpečnostní tyče slouží k rychlému zastavení reakce v případě nouze.
* '''Chladivo''': Médium, které odvádí teplo vznikající v aktivní zóně. Může to být voda, těžká voda, plyn ([[oxid uhličitý]], [[helium]]) nebo tekuté kovy ([[sodík]]).
* '''Tlaková nádoba reaktoru''': Robustní ocelová nádoba, která hermeticky uzavírá aktivní zónu a další vnitřní části reaktoru.
* '''Kontejnment (ochranná obálka)''': Masivní železobetonová stavba, která obklopuje reaktor a primární okruh. Slouží jako poslední bariéra proti úniku radioaktivních látek do okolí v případě havárie.

== Typy jaderných reaktorů ==
Existuje mnoho typů reaktorů, které lze dělit podle různých kritérií. Nejčastější dělení je podle použitého moderátoru a chladiva.

=== Lehkovodní reaktory (LWR) ===
Tvoří naprostou většinu energetických reaktorů na světě. Používají jako moderátor i chladivo obyčejnou (lehkou) vodu.
* '''Tlakovodní reaktor (PWR / VVER)''': Nejrozšířenější typ na světě (cca 60 %). Voda v primárním okruhu je pod vysokým tlakem (kolem 16 MPa), aby se ani při teplotách přes 300 °C nezačala vařit. Teplo předává v [[parogenerátor]]u vodě v sekundárním okruhu, kde vzniká pára pro pohon turbíny. Tímto typem jsou vybaveny i české jaderné elektrárny [[Jaderná elektrárna Temelín|Temelín]] a [[Jaderná elektrárna Dukovany|Dukovany]].
* '''Varný reaktor (BWR)''': Druhý nejběžnější typ (cca 18 %). Voda v reaktoru se vaří přímo v tlakové nádobě a vzniklá pára je vedena přímo na turbínu. Elektrárna má tedy jednodušší, jednookruhový design.

=== Těžkovodní reaktory (PHWR) ===
* '''CANDU''': Kanadský typ reaktoru, který jako moderátor a chladivo používá [[těžká voda|těžkou vodu]] (D₂O). Těžká voda velmi efektivně zpomaluje neutrony, což umožňuje použít jako palivo přírodní, neobohacený [[uran]].

=== Grafitové reaktory ===
* '''RBMK''': Sovětský typ reaktoru, chlazený lehkou vodou a moderovaný [[grafit]]em. Tento typ byl použit v [[Černobylská havárie|černobylské elektrárně]] a kvůli konstrukčním nedostatkům se již nové nestaví.
* '''Plynem chlazené reaktory (GCR, AGR)''': Používají grafit jako moderátor a plyn (obvykle CO₂) jako chladivo. Byly vyvinuty zejména ve [[Spojené království|Velké Británii]].

=== Rychlé reaktory (FBR) ===
Tyto reaktory nepoužívají moderátor a štěpení probíhá pomocí rychlých neutronů. Dokáží z [[uran-238]] (který tvoří přes 99 % přírodního uranu) "množit" nové štěpné palivo [[plutonium-239]], proto se jim říká množivé reaktory. Umožňují tak mnohem efektivnější využití uranových zásob.

== Využití ==
* '''Výroba elektrické energie''': Hlavní komerční využití. Jaderné elektrárny zajišťují stabilní a bezemisní (z hlediska [[skleníkové plyny|skleníkových plynů]]) zdroj energie.
* '''Pohon plavidel''': Jaderný pohon se využívá u vojenských ponorek, letadlových lodí a ledoborců, kde umožňuje extrémně dlouhý provoz bez nutnosti doplňování paliva.
* '''Výzkum''': Výzkumné reaktory slouží jako silné zdroje neutronů pro materiálový výzkum, fyzikální experimenty a testování.
* '''Produkce radioizotopů''': V reaktorech se ozařováním materiálů vyrábějí [[radioizotop]]y pro použití v medicíně (diagnostika, radioterapie), průmyslu (defektoskopie) a vědě.
* '''Vesmírné mise''': [[Radioizotopový termoelektrický generátor|Radioizotopové generátory]] (nejde o reaktory v pravém slova smyslu) a malé reaktory jsou zvažovány jako zdroje energie pro dlouhodobé vesmírné mise.

== Bezpečnost a havárie ==
Bezpečnost jaderných reaktorů je založena na principu hloubkové ochrany s několika po sobě jdoucími bariérami, které mají zabránit úniku radioaktivních látek. Moderní reaktory jsou vybaveny pasivními i aktivními bezpečnostními systémy. Přesto v historii došlo k několika závažným haváriím:
* '''[[Havárie elektrárny Three Mile Island|Three Mile Island]]''' (USA, 1979): Částečné roztavení aktivní zóny v důsledku selhání chlazení. Únik radiace do okolí byl minimální.
* '''[[Černobylská havárie]]''' (SSSR, 1986): Nejzávažnější havárie v historii, způsobená kombinací chybné konstrukce reaktoru RBMK a hrubého porušení bezpečnostních předpisů personálem.
* '''[[Havárie elektrárny Fukušima I|Fukušima Daiiči]]''' (Japonsko, 2011): Havárie byla způsobena masivním [[zemětřesení]] a následnou vlnou [[tsunami]], která vyřadila chladicí systémy, což vedlo k roztavení aktivních zón tří reaktorů.

Tyto události vedly k výraznému zpřísnění bezpečnostních standardů po celém světě.

== Budoucnost jaderné energetiky ==
Budoucnost je spojena s vývojem nových typů reaktorů, které by měly být ještě bezpečnější, ekonomičtější a udržitelnější.
* '''Reaktory IV. generace''': Šest konceptů pokročilých reaktorů, které slibují vyšší účinnost, lepší využití paliva, minimalizaci odpadu a zvýšenou bezpečnost. Patří sem například plynem chlazené rychlé reaktory (GFR) nebo reaktory chlazené roztavenými solemi (MSR).
* '''Malé modulární reaktory (SMR)''': Menší reaktory s výkonem do 300 MWe, které se vyrábějí sériově v továrně a na místo se pouze dopraví a instalují. Očekává se od nich větší flexibilita, nižší počáteční investice a možnost využití pro zásobování teplem. První SMR by měl v Česku vyrůst v areálu JE Temelín.
* '''Jaderná fúze''': Proces slučování lehkých jader (např. [[deuterium]] a [[tritium]]), který je zdrojem energie [[Slunce]] a hvězd. Fúzní reaktory slibují téměř nevyčerpatelný zdroj čisté energie bez produkce dlouhožijícího radioaktivního odpadu. Největším experimentálním projektem je v současnosti [[ITER]] ve Francii, jehož cílem je prokázat vědeckou a technologickou proveditelnost fúzní energetiky. Komerční využití je však stále desítky let vzdálené.

== Jaderné reaktory v České republice ==
V [[Česko|České republice]] jsou v provozu dvě jaderné elektrárny vlastněné společností [[ČEZ]].
* '''[[Jaderná elektrárna Dukovany]]''': V provozu od roku 1985, má čtyři bloky s reaktory typu VVER-440.
* '''[[Jaderná elektrárna Temelín]]''': V provozu od roku 2000, má dva bloky s reaktory typu VVER-1000.

Kromě energetických reaktorů jsou v ČR v provozu i tři výzkumné a jeden školní reaktor. Dva výzkumné reaktory (LVR-15 a LR-0) se nacházejí v [[Centrum výzkumu Řež|Centru výzkumu Řež]]. Další dva školní reaktory (VR-1 a VR-2) provozuje [[Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská ČVUT|Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská ČVUT v Praze]].

== Odkazy ==
<references />

== Související články ==
* [[Jaderná elektrárna]]
* [[Jaderná energie]]
* [[Štěpná jaderná reakce]]
* [[Jaderná fúze]]
* [[Seznam jaderných reaktorů]]
* [[Mezinárodní agentura pro atomovou energii]]
* [[Státní úřad pro jadernou bezpečnost]]

[[Kategorie:Jaderná energetika]]
[[Kategorie:Jaderná fyzika]]
[[Kategorie:Technická zařízení]]