Jak fungují rychlé množivé reaktory – a proč na nich záleží

Reaktor, který si sám vyrábí palivo

Většina jaderných elektráren je ze své podstaty nehospodárná. Konvenční lehkovodní reaktory získají z uranu méně než 1 % energie, která je v něm uložena, a zbytek odhazují jako vyhořelé palivo. Rychlé množivé reaktory slibují, že tuto rovnici zcela změní – tím, že produkují více štěpného materiálu, než spotřebují, by teoreticky mohly získat téměř veškerou energii z uranu nebo thoria, čímž by se účinnost paliva zvýšila stonásobně.

Tento koncept fascinuje jaderné inženýry od úsvitu atomového věku. Nicméně po sedmi desetiletích vývoje ve více než desítce zemí provozuje komerční rychlý množivý reaktor pouze Rusko. Pochopení toho, jak tyto stroje fungují – a proč se ukázalo tak obtížné je zvládnout – vysvětluje jeden z nejtrvalejších paradoxů jaderné energie.

Jak funguje množení

V konvenčním reaktoru voda zpomaluje neutrony, aby se zvýšila pravděpodobnost štěpení atomů uranu-235. Rychlý množivý reaktor používá opačný přístup: nepoužívá žádný moderátor, což umožňuje neutronům pohybovat se vysokou rychlostí. Tyto rychlé neutrony jsou méně účinné při vyvolávání štěpení, ale vynikají v něčem jiném – přeměně neštěpného uranu-238 na plutonium-239, silné jaderné palivo.

Jádro reaktoru obsahuje obohacené uranové palivo (15–20 % U-235) obklopené „pláštěm“ z přírodního uranu-238. Jak se jádro štěpí a uvolňuje neutrony, plášť je absorbuje a postupně přeměňuje U-238 na Pu-239. Když poměr množení překročí 1,0, reaktor vygeneruje více paliva, než spotřebuje – odtud název „množivý“.

Protože by voda neutrony zpomalila, množivé reaktory obvykle používají jako chladivo tekutý sodík. Sodík účinně přenáší teplo a nemoderuje neutrony, ale přináší vážné inženýrské problémy: prudce reaguje s vodou a vznítí se při kontaktu se vzduchem.

Problematická globální historie

Spojené státy postavily první množivý reaktor na světě, EBR-I, v roce 1951 – byl to také první reaktor, který vyráběl elektřinu. Od té doby se USA, Velká Británie, Francie, Německo, Japonsko a Indie věnovaly programům množivých reaktorů s rozhodně smíšenými výsledky.

Francouzský Superphénix, gigant o výkonu 1 242 MWe, který dosáhl kritického stavu v roce 1985, se stal varovným příkladem. Sužován úniky sodíku, překročením nákladů a veřejnými protesty dosáhl provozního faktoru pouhých 14,4 %, než byl v roce 1998 trvale odstaven. Japonský reaktor Monju na tom nebyl o nic lépe – únik sodíku a požár v roce 1995 ho vyřadily z provozu na většinu jeho existence, než v roce 2018 začalo jeho vyřazování z provozu.

Rusko je pozoruhodnou výjimkou. Jeho BN-600 je v provozu od roku 1980 a novější BN-800 zahájil komerční provoz se směsným oxidovým palivem v roce 2020. Navzdory hlášení o 27 únicích sodíku během prvních 17 let (14 způsobilo požáry) si BN-600 udržel relativně stabilní výkon a Rusko nyní navrhuje větší BN-1200.

Bezpečnostní dilema a riziko šíření jaderných zbraní

Kromě požárů sodíku představují rychlé množivé reaktory jedinečné jaderné riziko. Na rozdíl od vodou chlazených reaktorů, které se při ztrátě chladiva vypnou, se rychlý reaktor může stát reaktivnějším, pokud sodík odteče – tento jev se nazývá pozitivní koeficient dutiny. V extrémních scénářích by kolaps jádra mohl teoreticky způsobit malou jadernou exkurzi, i když moderní konstrukce zahrnují pasivní bezpečnostní prvky, které tomu zabrání.

Šíření jaderných zbraní je dalším trvalým problémem. Protože cyklus množení produkuje plutonium-239 – stejný izotop, který se používá v jaderných zbraních – kritici tvrdí, že rozsáhlé nasazení množivých reaktorů by znásobilo příležitosti k odklonění materiálu použitelného pro zbraně. Zpracovatelské závody potřebné k extrakci množeného plutonia z ozářených plášťů přidávají další článek do řetězce šíření jaderných zbraní.

Proč se zájem obnovuje

Navzdory desetiletím neúspěchů přitahují rychlé množivé reaktory obnovenou pozornost. Indický 500 MWe Prototype Fast Breeder Reactor v Kalpakkamu dosáhl prvního kritického stavu v dubnu 2026, čímž se Indie stala teprve druhou zemí po Rusku s provozním množivým reaktorem v komerčním měřítku. Indie považuje tuto technologii za zásadní pro svůj třístupňový jaderný program, jehož cílem je v konečném důsledku využít rozsáhlé zásoby thoria v zemi.

Čína se také věnuje rychlým reaktorům, přičemž její CFR-600 je ve výstavbě. Apel je přímočarý: ve světě, který hledá bezuhlíkovou energii, nabízí reaktor, který stonásobně znásobuje zásoby paliva a potenciálně dokáže spotřebovat stávající jaderný odpad, přesvědčivou – i když technicky náročnou – cestu vpřed. Zda národy konečně zkrotí inženýrské a politické výzvy, které porazily většinu předchozích pokusů, zůstává ústřední otázkou vývoje množivých reaktorů.