Oblasti použitia jadrovej energie – Tretia časť.

Autor: Marian Nanias | 6.2.2018 o 10:28 | (upravené 6.2.2018 o 11:06) Karma článku: 2,00 | Prečítané:  514x

Jadrová energia je aj v doprave a transporte. Najväčší rozmach dosiahla v námornej oblasti ozbrojených zložiek, ale aj v civilnej oblasti ako jadrový pohon ľadoborcov. Jadrové reaktory sú taktiež zastúpené v kozmickom programe.

Jadrová energia má široké uplatnenie aj v doprave a transporte. Najväčší rozmach dosiahla v námornej oblasti ozbrojených zložiek, kde je využívaná na pohon lietadlových lodí, ponoriek ale aj v civilnej oblasti ako jadrový pohon ľadoborcov. Jadrové reaktory sú taktiež zastúpené v kozmických programoch. 

Autá poháňané jadrovou energiou:

Samozrejme v ranných pionierskych entuziastických rokoch okolo jadrovej energie prišla na pretras aj táto idea. V roku 1958 spoločnosť Ford prišla s koncepciou jadrového vozidla pod názvom „Ford Nucleon“. Predpokladalo sa že vozidlo bude poháňané malým jadrovým reaktorom v zadnej časti vozidla. Bolo to v období keď bola jadrová technológia relatívne nová a zdalo sa, že čoskoro bude táto technológia tak kompaktná a cenovo dostupná, že by sa jadrové palivo mohlo stať až hlavným pohonom áut v USA a benzín by sa stal zastaralým. Bol vyrobený iba jeden model bez reaktora, ktorý je vystavený v múzeu Henryho Forda v meste Dearborn, Michigan.

Vlaky poháňané jadrovou energiou:

Myšlienka jadrových vlakov sa objavila v 50-tych rokoch, keď bola takáto idea  oficiálnym technickým cieľom ministerstva dopravy ZSSR. Myšlienka jadrových vlakov bolo veľmi reálna a povzbudivá a zdieľali ju aj vedci v USA. Približne v tom istom čase ako v ZSSR, profesor fyziky Lyle B. Borst na univerzite v Utahu, ktorý bol predtým konštruktér v US NRC, spoločne so svojimi študentmi túto myšlienku rozvinuli do projektu „lokomotívy X-12“ v spolupráci s asociáciou amerických železníc a niekoľkými priemyselnými odvetviami vrátane GM, Commonwealthu Edison, Trane, GE a Westinghouse. Výsledkom boli patenty a 54-stranová správa: Atómová lokomotíva: štúdia uskutočniteľnosti. X-12 mal však vážiť až 360 ton a bol 160 stôp dlhý (cca 50 metrov) – teda motor musel byť rozdelený aspoň do dvoch častí s flexibilným spojom. Ochranný obal mat vážiť až 200-ton. Para z reaktora mala poháňať turbíny, ktoré by poháňali štyri generátory s celkovým výkonom niečo cez 5 MW. Keď to porovnáme napríklad s lokomotívami vyrábanými v Škodovke, ktoré majú dĺžku cca 17 metrov - tak to bolo skrátka „trošku nemotorné“...., takže to zostalo iba na papiere patentu.

V roku 2011 sa síce v Rusku objavili opať nejaké správy že by sa snáď mohli touto myšlienkou opäť zaoberať, nič oficiálne zatiaľ nebolo potvrdené.

Lietadlá s jadrovým pohonom:

Koncept spočíval hlavne v tom, aby vyrobili taký tryskový motor, ktorý by ešte ohrieval stlačený horúci vzduch zo štiepenia namiesto tepla z horiaceho chemického paliva.

V 1946 spustili USA projekt Nuclear Energy for Propulsion of Aircraft (NEPA), ktorý uskutočnil štúdie až do roku 1951, keď program ANP (Nuclear Propulsion) nahradil NEPA. Program ANP zahŕňal štúdie dvoch rôznych typov prúdových motorov poháňaných jadrovou energiou: priamy cyklus spoločnosti General Electric a nepriamy cyklus od spoločnosti Pratt & Whitney. ANP plánoval upraviť dve lietadlá B-36 v rámci projektu MX-1589. Jedno malo byť použité testovanie tienenia pre palubný reaktor, druhý mal byť celý test X-6; nakoniec bol však program zrušený. Prvá skúška jadrového leteckého motora sa však uskutočnila - 31. januára 1956 s použitím upraveného turbo-dúchadla General Electric J47. Program jadrového pohonu lietadla bol ukončený po výročnom prejave prezidenta USA o rozpočte Kongresu v roku 1961.

Americké národné laboratórium v Oak Ridge nielen skúmalo ale aj vyvinulo experimentálne jadrové letecké motory. Dva reaktory poháňali dva turbo-dúchadlá General Electric J87 na takmer plný ťah. Motory boli navrhované pre nový, špeciálne navrhnutý jadrový bombardér WS-125. Prezident Eisenhower ho ukončil prehlásením, že nie je naliehavý, a podporil iný, malý program na vývoj vysokoteplotných materiálov a vysokovýkonných reaktorov; ktorý bol zase skončený nástupom prezidenta Kennedyho.

V roku 1957 US Air Force a NRC uzavreli zmluvu so spoločnosťou Lawrence Radiation Laboratory na štúdium uskutočniteľnosti použitia tepla z jadrových reaktorov na tzv. „RamJet“ motory. Výskum je známy ako projekt „Pluto“. Mal poskytovať motory pre bezpilotnú raketu Cruise, nazývanú SLAM - Supersonic Low Altitude Missile. Aj tu vytvorili dva skúšobné motory, ktoré dočasne prevádzkovali na zemi. 14. mája 1961 bol prvý takýto jadrový motor na svete  "Tory-IIA" namontovaný na železničnom vozidle, bol odskúšaný 14 mája 1961. Aj tento program však bol po 7,5 roku zrušený.

Paralelná snaha Sovietov v programe vývoja jadrových lietadiel vyústila do experimentálneho lietadla Tupolev Tu-119 (alebo Tu-95LAL), pochádzajúceho z bombardéra Tupolev Tu-95. Mal 4 bežné turbovrtuľové motory a palubný jadrový reaktor. Tu-119 absolvovalo 34 výskumných letov, z ktorých väčšina bola vykonaná s odstaveným reaktorom. Hlavným cieľom skúšok bolo aj tu skúmanie účinnosti ochrany proti žiareniu na ochranu posádky a obsluhujúceho personálu na zemi, čo sa ukázal ako hlavný problém. Ďalšie potenciálne problémy zahŕňali prípadné riešenie havárií. Skutočná príčina zastavania programu však prišla v rozmachu medzikontinentálnych balistických rakiet, ktoré sa ukázali ďaleko efektívnejšie , ako aj s rozšírením použitia jadrových ponoriek v šesťdesiatych rokoch, čo taktiež znížilo taktickú výhodu takýchto lietadiel.

Žiadna krajina doteraz nikdy nevytvorila žiadne takéto lietadlo.

O rádioizotopoch používaných pre kozmický výskum pre dodávanie elektrickej ako aj tepelnej energie som písal minule. Teraz je to o jadrových rektoroch, ktoré sú používané v kozmickom programe na pohon družíc, satelitov, či celých kozmických lodí.

Vzhľadom na diskusiu, ktorá odznela na tejto Web stránke, doplňujem aj informáciu, že v roku 2002 NASA oznámila iniciatívu na rozvoj jadrových systémov, ktorá sa neskôr stala známa ako „Project Prometheus“. Hlavnou úlohou tohto projektu je vyvinúť generátor tzv. Stirlingovho rádioizotopového generátora a multi-funkčný termoelektrický generátor, oba typy RTG. Cieľom projektu je vytvoriť a zabezpečiť bezpečný a dlhotrvajúci systém pre jadrový reaktora použitý aj ako pohonná jednotka pre kozmickú loď, a tiež na zabezpečenie elektrickej a tepelnej energie, a nahradí dlho používané RTG. Rozpočtové obmedzenia žiaľ viedli k dočasnému zastaveniu projektu, ale aj doterajšie čiastkové úspechy boli prínosom pri testovaní nových systémov, ako iónový motor vysokovýkonného elektrického pohonu (HiPEP), ktorý prináša značné výhody v úspornosti paliva, životnosti pohonov a je efektívnejší v porovnaní s inými zdrojmi energie. 

Jadrové reaktory pre kozmické družice/satelity a kozmické lode:

Minule sme spomenuli, že satelitom stačí malý výkon na ohrievanie, ale veľká kozmická loď potrebuje výkon viac ako 100 kW, takže reaktor je tu omnoho efektívnejší ako RTG. V priebehu posledných desaťročí bolo navrhnutých viacero typov reaktorov, ale v programe USA neboli využívané tak výrazne ako rádioizotopové systémy. Naopak Sovietsky zväz zostrojil a aj vypustil až 31 reaktorov typu BES-5 v satelitoch RORSAT s využitím termoelektrických konvertorov. Následne vyvinuli aj reaktor TOPAZ, kde sú používané termionické meniče.

V roku 2008 NASA oznámila plány na využitie reaktorov pre misie na Mesiac a Mars. Systémy jadrového tepelného pohonu (NTR - Nuclear Thermal pRopulsion systems) sú založené na princípe jadrového reaktora, ponúkajúci efektívnejší raketový pohon pri štartoch a pristávaní, ako sú motory s chemickými palivami.  Je ich viacero typov, napríklad malý experimentálny reaktor SAFE-30, alebo reaktory SAFE-400, a HOMER-15. Rusi oznámili že plánujú k roku 2020 vypustiť vesmírnu loď s malým plynovo chladeným jadrovým reaktorom s výkonom 1 MWe. 

Viac ako 30 rôznych družíc poháňaných jadrovými reaktormi stále obieha okolo zeme. Reaktory, ktoré sú na nich používané majú rôznu konštrukciu, ktorej hlavný rozdiel od pozemskej je však ich diaľkové ovládanie, ale ich fundamentálny fyzikálny princíp je rovnaký.  USA vypustili iba jeden takýto systém (SNAP-10A), všetky ostatné sú prakticky zo ZSSR. V poslednom období sa viac orientujú vedci na tzv. „Mikro jadrové reaktory“ pre vesmírne aplikácie.

Lode poháňané jadrovým reaktorom:

Koncepcia flotily oceánskych a morských lodí poháňaných pomerne malými palubnými jadrovými reaktormi známymi ako námorné reaktory bola vo svojom čase revolučná, pretože lode a ponorky predtým poháňali dieselovými motormi a ich dosah ako aj ponor (pre ponorky) bol limitovaný kapacitou batérií. Aby ponorky mohli prevádzkovať svoje dieselové motory a nabiť ich batérie, museli buď vyplávať na povrch alebo aspoň šnorchlovať. Použitie jadrovej energie však umožnilo, aby sa tieto ponorky stali skutočnými vládcami podvodných priestranstiev na rozdiel od ich konvenčných náprotivkov, a stali obmedzené už len vytrvalosťou a zásobami posádky.

Lietadlové lode poháňané jadrovou energiou:

Americké námorníctvo malo zďaleka najviac jadrových lietadlových lodí. Aj Francúzsko má takú loď „R91 Charles de Gaulle“ s jadrovým reaktorom. Spojené kráľovstvo (Veľká Británia) odmietlo túto koncepciu s odôvodnením že ich súčasné lode používané aj niekoľko desaťročí využívania paliva stoja menej ako jadrový reaktor. Aj India a Čína plánujú pre seba postaviť podobné lode.

Ponorky poháňané jadrovou energiou:

Tu je potrebné rozlíšiť ponorku poháňanú jadrovým pohonom (teda ktorá má na palube aspoň jeden jadrový reaktor) a ponorku s jadrovými zbraňami na palube (kde pohon ponorky môže byť napríklad diesel-elektrický).

Do roku 1989 bolo v prevádzke alebo bolo postavených viac ako 400 jadrových ponoriek. Asi 250 z týchto ponoriek bolo teraz zlikvidovaných ako aj niektoré objednávky boli kvôli programom znižovania zbraní. Rusko a Spojené štáty mali viac ako sto, Spojené kráľovstvo a Francúzsko menej ako dvadsať a Čína šesť. Indické námorníctvo spustilo v roku 2009 svoju prvú domácu triedu Arihant s jadrovými pohonmi, ale India má aj jednu jadrovú útočnú ponorku „v prenájme“ od Ruska, pričom ešte plánuje postaviť šesť ponoriek s jadrovým pohonom. Americké námorníctvo prevádzkuje v súčasnosti najväčšiu flotilu jadrových ponoriek.   

Civilné lode poháňané jadrovou energiou:

Doteraz boli celkovo postavené iba štyri jadrové nákladné lode a to v USA, Nemecku, Japonsku a v ZSSR.

Americká loď „Savannah“ bola prvá obchodná loď poháňaná jadrovou energiou. Stavali ju koncom 50. rokov minulého storočia, stála 46,9 miliónov USD,  vrátane jadrového reaktora a palivového jadra za 28,3 milióna USD, financovaného vládou. Savannah bola typickým demonštračným projektom potenciálneho využitia jadrovej energie. Spustená na vodu bola 21. júla 1959 a pomenovaná po prvom parníku ktorý prešiel cez Atlantický oceán. Savannah bola deaktivovaná v roku 1971 a po úpravách je od roku 2008 ukotvená na móle v Baltimore, Maryland.

Nemeckú výskumnú a testovaciu loď „Otto Hahn“ nazvanú po ich slávnom fyzikovi začali stavať v roku 1960 pod dohľadom nemeckého fyzika Ericha Bagge. Spustili ju v roku 1964, a jej jadrový reaktor bol deaktivovaný o pätnásť rokov neskôr v roku 1979 a nahradený dieselovým motorom. Loď bola vyradená v roku 2009.

Ruská loď „Sevmorpuť“ je ľadoborec a zároveň kontajnerová loď . Pomenovaná po Severnej námornej ceste, postavená v roku 1988. Po dlhodobej prevádzke bola opravovaná, zrekonštruovaná a v roku 2016 vrátená do prevádzky. Sevmorpuť má iba jeden jadrový reaktor KLT-40 s tepelným výkonom 135 MW. Reaktor obsahuje 150,7 kg, od 30 až do 90-percentného obohateného uránu v zliatine uránu a zirkónia, a preto nie je nutná jeho výmena dlhé roky. Pre každý prípad má samozrejme aj rezervný dieselový motor.

Aj Japonsko postavilo jadrovú loď „Mutsu“. Pôvodne bola konštruovaná ako  jadrová obchodná loď, ale v skutočnosti nikdy neprevážala žiadny komerčný tovar. Loď bola ukončená v 1972 a 4 septembra bolo zavezené palivo do reaktora. Po oznámení začatia skúšok na móle v Ōminato, vznikli také veľké protesty obyvateľstva, že testovanie nakoniec bolo na otvorenom oceáne. V roku 1974 mali na lodi menšiu radiačnú haváriu, ktorú posudzovala aj americká firma Westinghouse a tá varovala Japoncov, že nie je adekvátny bezpečnostným požiadavkám. Japonci však nevykonali žiadne zmeny. Vznikol z toho vnútro-politický škandál, ktorý nakoniec skončil vynútenými technickými úpravami, ako aj zmenou domovského prístavu. V roku 1992 bola loď vyradená z prevádzky. V roku 1995 bola jadrová technológia z lode vyňatá (je z toho teraz múzeum) a Mutsu bol prestavaný na oceánsku výskumnú a pozorovaciu loď „Mirai“.

Lietadlové lode a krížniky s jadrovým pohonom:

Prvá takáto loď bola americká USS Long Beach (CGN-9) spustená v roku 1961. O rok neskôr nasledovala USS Bainbridge (DLGN-25). Zatiaľ čo Long Beach bola "skutočným krížnikom", teda bola navrhnutá a aj postavená ako krížnik, Bainbridge bol pôvodne fregata. Long Beach, bol vybavený reaktorom C1W, zatiaľ čo ostatné lode mali reaktory D2G. V lete 1964 k nim pribudla loď USS Enterprise (CVAN-65), ktorá bola prvá jadrová lietadlová loď. Vo vojenskej operácii Sea Orbit, obchádzali zemeguľu bez doplňovania paliva, čo bol v tom čase mimoriadny úspech.

V roku 1967 pribudla loď USS Truxtun (DLGN-35), a následne USS California (CGN-36) vo februári 1974 a USS South Carolina (CGN-37) v januári 1975. Americké námorníctvo bolo v tom čase jedinou flotilou s jadrovým pohonom krížnikov na svete, až do roku 1974, kedy aj ZSSR začal stavať jadrové lode. Vtedy Sovieti v období medzi rokmi 1974 a 1998 postavili 4 jadrové lode.

Poslednými loďami s jadrovým pohonom, ktoré si Američania vyrobili, boli USS Virginia (CGN-38) v roku 1976, potom USS Texas (CGN-39) v roku 1977, USS Mississippi (CGN-40) v roku 1978 a nakoniec USS Arkansas (CGN-41). Program sa ukázal ako príliš nákladný, a plán na piatu loď triedy Virginie bol nakoniec zrušený.

Rusko má štyri bojové lode Kirovovej triedy, ale aktívny je iba jeden.

Ľadoborce:

ZSSR a Rusko potrebuje ľadoborce k spriechodneniu severnej morskej cesty tiahnucej sa okrajovými časťami Severného ľadového oceánu. Jej nevýhoda je že polovica roku je nepriechodná pretože je tam hrubá vrstva ľadu, a teda aj v lete vyžaduje údržbu pomocou ľadoborcov. Naopak jej význam je hlavne k prihliadnutím vývoja politickej situácie v regiónoch Afriky č Blízkeho Východu čoraz väčší! Jej výhoda je hlavne v jej dĺžke a úplnej absencii poplatkov za plavbu ako cez Suezský či Panamský prieplav. Sovieti celkovo postavili 9 ľadoborcov s jadrovým pohonom, a tri nové pripravujú.  

Ľadoborec Lenin, ktorý bol spustený na vodu 5. decembra 1957, bola prvá civilná loď s jadrovým pohonom. Mal jadrové reaktory typu OK-150 (OK-900). Ďalších šesť  ľadoborcov triedy Arktika (Arktika, Sibir, Rossija, Sovietskzj Sojuz, Jamal a 50 let Pobedy) majú reaktory typu OK-900A. Dva ľadoborce triedy Tajmyr (Tajmyr, Vajgač) majú reaktory typu KLT-40M, a tri ľadoborce ktoré sú v súčasnosti vo výstavbe triedy projektu 22220 (Arktika, Sibir, Ural) budú mať reaktory typu RITM-200.

Na prvom ľadoborci tvorili pohon 3 reaktory typu OK-150, ktoré však nikdy nepracovali naraz, pretože stačili iba dva, ale pridaním tretieho sa mohla predĺžiť doba medzi výmenou paliva. Pri modernizácii boli zamenené typom už iba dvoma reaktormi OK-900.

V triede Arktika (reaktor OK-900A) je aktívna zóna vysoká cca 1,5 m, s priemerom okolo 1 m. Pre porovnanie: aktívna zóna reaktora VVER-1000 (ako napríklad v Temelíne) je vysoká 3,5 m a má priemer 3,2 m. Palivové súbory pro jadrové ľadoborce sú výrazne menšie, oproti reaktorom typu VVER-1000. Aktívna zóna ľadoborca typu Arktika je ale zase vyskladaná až z 241 palivových kaziet, naopak Temelínsky reaktor ich má len 163.

V projekte 22220 (Reaktor typu RITM-200) ide hlavne o zvýšenú bezpečnosť, ale aj o predĺženie palivovej kampane. Výmena paliva sa plánuje raz za 7 rokov. Palivo bude urán s obohatením do 20 %. Stavba prvej lodi (Arktika) bola zahájená v roku 2012, uvedenie do prevádzky sa práve očakáva. Ďalšie dve lode by mali následne byť – Sibir (2019) a Ural (2020).

 

Zaujalo Vás to? To je dobre, v budúcom článku si povieme o prvých jadrových reaktoroch na zemi, možno budete prekvapení.....

Páčil sa Vám tento článok? Pridajte si blogera medzi obľúbených a my Vám pošleme email keď napíše ďalší článok
Pridaj k obľúbeným

Hlavné správy

PLUS

Agent 007 sa celé roky predstavoval zle. Jeho pravé meno je iné

V archívoch objavili skutočného Jamesa Bonda.

Komentár Zuzany Kepplovej

Večný kandidát Mikloško. A prečo ním zostane

KDH sa vzdali Čaučíka a pohnevali si Mikloška.


Už ste čítali?