Když se po druhé světové válce začala rozvíjet jaderná energetika, první generace atomových odborníků v českých zemích (např. Václav Petržílka) si dobře uvědomovala, o jak velkou příležitost by mohlo jít. A tak jsme se nakonec zařadili mezi jediné tři země východního bloku – a jedna z nich byla SSSR – které se rozhodly rozjet svůj jaderný program.
Zatímco NDR sáhla po sovětské technologii nakonec osvědčených reaktorů typu VVER, Čechoslováci byli ambicióznější. U nás padlo rozhodnutí postavit reaktor do značné míry unikátní, který by využíval jako palivo přírodní kovový uran. Nemuseli bychom tedy kupovat jaderné palivo ze zahraničí, ale mohli bychom si ho vyrábět sami.
Jak to rozhýbat
Přírodní uran ovšem není zrovna ideální palivo, protože obsahuje jen zlomek (zhruba sedm desetin procenta) štěpitelného uranu U-235, zbytek tvoří z jaderného hlediska „hluchý“ uran 238. Znamená to, že štěpná reakce v takovém materiálu probíhá jen neochotně, a reaktor, který chce neobohacený uran využívat, musí být ve srovnání s dnes rozšířenými komerčními typy velmi „exotický“.
Čechoslováci se proto rozhodli využívat tzv. těžkou vodu, čili D2O. Je to chemicky v podstatě voda, v jádře má však místo dvou atomů běžného vodíku dva atomy izotopu vodíku, deuteria (odtud D ve vzorci). To obsahuje v jádře proton a neutron, zatímco běžný vodík v jádře žádný neutron nemá. 
Z hlediska jaderných fyziků má těžká voda tu výhodu, že je výborným „moderátorem“ a jen minimálně pohlcuje neutrony. Dokáže dobře „zpomalovat“ (tzv. moderovat) neutrony vylétající z rozpadajících se jader uranu. Ty jsou tak rychlé, že za běžných okolností by prakticky okamžitě vyletěly bez užitku z reaktoru. K udržení štěpné reakce je ale nutné, aby část z nich zasáhla další atomy, rozbila je, z nich vylétly další neutrony atd. Jedině tak může zařízení vyrábět energii.
Voda je relativně dobrý materiál pro moderaci, a těžká voda je ještě lepší, protože se v ní méně neutronů „ztratí“, když se zachytí v jádrech jejích atomů. D2O tak dokáže udržet v chodu i reaktor obsahující neobohacený přírodní uran. Je ovšem extrémně drahá, a ve větším měřítku se dnes používá jen v kanadských reaktorech CANDU.
Druhou zvláštností reaktoru bylo z dnešního pohledu i zvolené chlazení pomocí oxidu uhličitého (CO2). Teplo z reaktoru odváděl CO2 do parogenerátorů, v nichž se produkovala pára pro pohon turbogenerátorů, které vyráběly elektřinu. (Těžká voda a plyn měly samozřejmě vlastní okruhy, viz dále.) Plynem chlazené reaktory mají své výhody, například mohou pracovat s vyššími teplotami na výstupu z reaktoru, čímž se zvyšuje účinnost výroby elektřiny, ale také nevýhody (třeba spotřebuje větší díl vyrobené elektřiny na vlastní provoz), a tak boj s reaktory chlazenými vodou z různých důvodů prohrály. V době rozhodování o podobě první československé jaderné elektrárny to ale těžko někdo mohl vědět. Jede, jak se dá I když rozhodnutí o typu reaktoru padlo v tehdejší ČSR (název ČSSR se používal od roku 1960), a někdy se označuje za „československý“, konstrukční návrh reaktoru a dalších klíčových částí elektrárny se prováděl v těsné spolupráci se Sověty. Z velké části vznikl během dlouhé stáže našich inženýrů a techniků v SSSR. Experti z východu také byli na elektrárně přítomni i během stavby a spouštění do provozu. Ovšem výrobu a stavbu zajišťovaly výhradně podniky československé (Energoprojekt Praha, Škoda Plzeň, ČKD, První brněnská, ZVVZ Milevsko, Hydrostav Bratislava a další).
Reaktor dostal označení KS-150 (říká se, že z ruského Kotěl Stancionnyj, ale také „kritický soubor“ 150 MW) a celý projekt byl pak označen jako A1 (A jako „atom“). Stavba začala v srpnu 1958 u Jaslovských Bohunic v okresu Trnava. Rozhodně však nešla nijak hladce, a tak ke spuštění elektrárny s cenovkou zhruba 3 miliardy tehdejších korun došlo v říjnu 1972.
V provozu se mu příliš nedařilo. Během prvních 5 let byl reaktor více než 30krát neplánovaně odstaven, a nedařilo se plně dosáhnout ani plánovaných výkonů. Potíže byly s nejrůznějšími částmi elektrárny, například parogenerátory. V nich se našlo za provozu cca 130 000 mikroskopických netěsností, takže slovy pamětníků „se tam neustále svařovalo“. Potíže pak vyvrcholily dvěma událostmi, které se bohužel neblaze zapsaly do dějin atomové energie u nás.
|
TECHNICKÉ SRDCE A1 |
| Výoba elektřiny v elektrárně A1 probíhala v reaktoru, který nesl typové označení KS-150. Číslice v názvu označuje plánovaný elektrický výkon reaktoru, který byl zhruba 150 MW. Přesně to mělo být podle projektu 144 MW, z nichž ještě zhruba 34 MW měla spotřebovat samotná elektrárna, takže do sítě dodával 110 MW. V praxi byly během provozu výkon poněkud horší, maximální dosažený elektrický výkon byl 127 MW. Reaktor za provozu měl podle projektu vyrábět 560 MW tepla, takže efektivně se na výrobu elektřiny dařila využít asi čtvrtina celkového výkonu zařízení. (Dnes se u moderních reaktorů díky různým vylepšením efektivita využití tepla blíží 35–40 procentům.) Tlaková nádoba reaktoru byla válcového tvaru o průměru 5,1 m, výšce 20 m, tloušťce stěn 150 mm a celkové hmotnosti 705 tun (včetně víka a šroubů) svařená z kovaných dílů uhlíkové oceli. V ní byla na úrovni aktivní zóny umístěna nádoba z hliníkové slitiny na těžkou vodu, která měla průměr 4,5 m a výšku 5,8 m o celkové hmotnosti 32 tun. Aktivní zóna reaktoru byla taktéž válcová s průměrem 3,65 m a výškou 3,91 m, přičemž byla opatřena radiálním reflektorem o tloušťce 420 mm. Všech 148 vertikálních palivových kanálů bylo uspořádáno ve čtvercové mříži o rozteči 250 mm, pro lepší rozložení neutronového toku po poloměru byla aktivní zóna rozdělena na dvě pásma. Vnitřní pásmo obsahovalo 44 palivových kanálů, vnější pásmo 104 palivových kanálů. |
CO2 zabíjel
První z nich byla z hlediska technického méně vážná, ale měla větší následky na životech: 5. ledna 1976 totiž na elektrárně zahynuli dva lidé. K nehodě došlo během výměny paliva, ke které docházelo během provozu v podstatě kontinuálně. Palivo se do reaktoru zasouvalo shora z tzv. reaktorové haly v podobě dlouhých válců („článků“) dlouhých zhruba 5 metrů do připravených kanálů hlubokých více než 10 metrů. Článek se měl po zasunutí do otvoru na dně pak pomocí speciálního mechanismu zachytit, ale to se v tomto případě nestalo. Kvůli chybě při kompletaci článku a namáhání během manipulace se mechanismus „zámku“ vyklopil jen z části, takže zátka nebyla dostatečně upevněná.
Ve chvíli, kdy už obsluha považovala operaci za hotovou a kanál za utěsněný zátkou, 5metrový článek vyletěl z reaktoru jako střela. Není divu, plyn v chladicím okruhu měl tlak 60 atmosfér. Při samotné události, která nastala přesně za pět dvanáct, nebyl nikdo naštěstí zraněn, ale do haly se začal dírou okamžitě valit oxid uhličitý.
Tři lidé, kteří byli na místě, vyvolali poplach, a z haly utekli v oprávněném strachu z udušení. Signál bohužel nezaslechli včas dva zaměstnanci (Libor Benda a Izidor Ferech), pracující v místnosti pod reaktorovou halou. Nebezpečí si zřejmě nakonec uvědomili a vydali se směrem k východu, leč zřejmě jim došly síly a udusili se dříve, než se dostali do bezpečí.
Obsluha v řídicí místnosti v té době měla plné ruce práce. Únik CO2 znamenal, že klesala účinnost chlazení a hrozilo, že reaktor se přehřeje. Je nemožné, že by mohlo dojít k rozběhu neřízené štěpné reakce či většímu výbuchu, ale zřejmě by došlo k něčemu podobnému jako na reaktorech ve Fukušimě – k velkému poškození či roztavení části aktivní zóny reaktoru, a tedy k jeho odpisu.
Nakonec se dva zaměstnanci vybavení dýchacími přístroji vrátili na reaktorový sál a otevřený kanál uzavřeli hlavicí stroje na výměnu palivových článků (tzv. zavážecí stroj). Nešlo to snadno, silný proud unikajícího plynu zkreslovat obraz v záměrném kříži technologického kanálu, a navíc byl vršek kanálu namrzlý, jak se rychle expandující plyn prudce zchlazoval. Nakonec se to však podařilo, a zhruba hodinu po nehodě (ve 12.59) tak byla situace pod kontrolou.
Škody na reaktoru naštěstí nebyly příliš vážné a také únik radioaktivity malý. A1 obstála poměrně dobře, i když obsluha v počáteční situaci evidentně nereagovala správně a její zásah situaci mohl jen zhoršit (hrozilo přehřátí). O rok a měsíc později to bylo jinak.
Zničující silikagel
Dne 22. února 1977 totiž při vkládání palivového článku došlo k další nehodě. Bylo to v pozdním odpoledni a vývoj událostí se zdál na pohled trochu méně dramatický. Když tehdy totiž obsluha vložila článek do připraveného kanálu, ten se po několika minutách začal pomalu vysouvat zpět. Měření teploty také naznačovala, že teplota v kanálu přesahuje přípustné hodnoty, takže obsluha, která neměla přesnou představu, co se děje, reaktor v 18.27 odstavila. V tu chvíli nikdo nevěděl, že znovu už ho nespustí. 
Když se později podařilo problémový článek prohlédnout (na to byla na A1 speciální tzv. horká komora, do které se dívalo průzorem se stínicím olovnatým sklem), zjistilo se, že je článek v podstatě přepálený napůl. Palivový článek byl pokrytý vrstvou černých usazenin, ve kterých ale byly k vidění kupodivu bílé kuličky – silikagel – tedy oxid křemičitý ve formě granulí či kuliček. Silikagel se přidával do plastových pytlů, v nichž se skladovaly smontované články. Zpětné šetření ukázalo, že když obsluha v dílně palivových článků zmíněný článek vyndávala z obalu, aby ho připravila k zavážce do reaktoru, článek se silikagelem byl roztržený. Zaměstnanci vysáli kuličky, které viděli, ale článek pořádně neprohlédli. Zhruba 100 gramů silikagelu propadalo mezi jednotlivé proutky s palivem a zachytilo se na distančních mřížkách, které sloužily k udržení vzdálenosti mezi jednotlivými proutky článku. Silikagel nebyl vidět, ale při vkládání zafungoval jako zátka, která snížila průtok chladicího CO2, obtékajícího paliva. Při „síle“ jaderného reaktoru měla osudné následky: dotyčná část článku se nakonec zahřála až na teploty kolem 1400 °C. Při těchto teplotách se kov chránící uranové palivo odtavil z tyčí a začal hořet i kovový uran. Dolní část článku se odtavila a její část skončila roztavená na dně „komory horkého plynu“ a na stěnách palivového kanálu.
Roztavený materiál bohužel napáchal značné škody. Jak jsme již říkali, palivové články chladil průtok oxidu uhličitého, zatímco k „udržení“ reakce (moderaci neutronů) se používala těžká voda. Ta proudila jiným okruhem než chladicí CO2 – zjednodušeně si to můžeme představit tak, že reaktor tvoří les trubek s proudícím plynem posazených v bazénu, naplněném (těžkou) vodou. Extrémní žár hořícího článku však propálil stěnu oddělující plyn od vody, čímž se vytvořila celá řada problémů.
Voda se dostala do okruhu CO2, a tím i ke všem ostatním článkům v reaktoru. Protože ochranná vrstva prutů s palivem byla ze slitiny hořčíku a beryllia, začala se ve vlhkém CO2 rozpouštět. Po celém okruhu chlazení se šířily radioaktivní materiály, a velká část zařízení tedy začala nebezpečně zářit. Alespoň únikům do okolního prostředí se podařilo z velké části zabránit, byť ne úplně. Nakonec muselo dojít k sanaci potoka Manivier, do kterého vytékala odpadní voda z elektrárny. Následky na zdraví obyvatel zaznamenány nebyly.
Poškození bylo veliké: v případě jednoho z parogenerátorů se mluvilo o celkové výměně, což by byla ohromná investice. Navíc v té době už v Jaslovských Bohunicích probíhala výstavba „klasického“ tlakovodního reaktoru VVER-440. A tak nakonec přišlo rozhodnutí, které se asi dalo čekat: provoz A1 bude ukončen. První jaderná elektrárna na území bývalého Českoslovenka tedy nakonec fungovala 19 261 hodin (cca dva roky a měsíc čistého času), vyrobila 1464 GWh a dodala do sítě 916 GWh. Pro srovnání: elektrárna Temelín na dvou blocích vyrobila v roce 2015 zhruba 14 230 GWh.
Dlouhý konec
Následky nehody, o které se v její době nemluvilo, se odstraňují dodnes. Až do roku 1995 probíhalo v A1 technickou terminologií řečeno „ukončování provozu“, byť elektrárna od února 1977 nikdy nefungovala. Odvážení paliva do Ruska skončilo až v roce 1999, od té doby se pracuje na jiných částech.
Nejprve byla rozebrána původní strojovna, ve které vznikl provoz na nakládání s odpadem. Začalo se samozřejmě méně nebezpečným materiálem, typu oblečení obsluhy a dalšího málo aktivního materiálu. Teprve postupně se bude přecházet k likvidaci i samotného jádra elektrárny. K nim by se však technici a inženýři měli dostat až po roce 2025 s termínem dokončení zatím stanoveným na rok 2033. Likvidace stavebních částí ale bude probíhat nadále, zřejmě až do roku 2050.
/jj/