Jak funguje jaderná elektrárna a jaké výhody i nevýhody přináší jaderná energie

Datum vydání: 4. 8. 2021

Ačkoliv vzbuzují jaderné elektrárny často rozporuplné emoce, nemůže být pochyb o tom, že představují mimořádně efektivní způsob výroby energie. Jejich provoz je navíc považován za ekologický – ve srovnání s elektrárnou na fosilní paliva totiž produkují pouze minimální množství odpadu a nevypouštějí do ovzduší škodlivý oxid uhličitý, který přispívá ke skleníkovému efektu. Někteří odborníci označují jadernou energii jako zelenou a ekologicky přijatelnější než solární, větrnou či vodní energii. Jaderné elektrárny totiž dokážou vyrábět velké množství energie, i když spuštění takové jaderné elektrárny je velmi finančně náročné.

Na celém světě dnes fungují více než čtyři stovky jaderných elektráren, přičemž nejvíce se jich nachází ve Spojených státech amerických, ve Francii a v Japonsku. V České republice zajišťují jaderné elektrárny v Temelíně a Dukovanech přibližně třetinu celkové výroby elektřiny na našem území.

Zajímavost: Právě výše zmíněná Francie obstarává z jaderných elektráren téměř 3/4 veškeré spotřeby elektrické energie. Vidíme v této oblasti jasný kontrast s Německem, které od jaderné energetiky odstupuje a vidí cestu především u obnovitelných zdrojů.

Základní princip fungování jaderné elektrárny

Ve všech typech elektráren vzniká elektřina v generátoru, poháněném rychle se otáčející turbínou.  Zatímco v případě vodních a větrných elektráren roztáčí turbínu přímo energie vodního proudu či větru, u tepelných a jaderných elektráren ji rozpohybuje pára. Ta vzniká v jaderných elektrárnách díky teplu, uvolněném při řízeném štěpení jader radioaktivních prvků.

Jak probíhá řízená štěpná reakce?

K jaderné reakci dochází v reaktoru, což je veliká kovová nádoba v reaktorové hale, umístěné v hermeticky uzavřeném boxu z betonu. Jaderné palivo (nejčastěji uran) ve formě tyčí, kazet nebo koulí z uranu či plutonia je ponořeno v tzv. moderátoru, kterým je nejčastěji demineralizovaná voda nebo grafit.

Štěpná reakce začíná dopadem neutronu do jádra radioaktivního prvku. To se následně rozkmitá a rozdělí na dva či více odštěpků, které se od sebe začnou velkou rychlostí vzdalovat. Při jejich srážkách s dalšími atomy se uvolňuje tepelná energie, která je využívána na výrobu páry.

Při rozštěpení jádra uranu či plutonia vzniknou také dva až tři neutrony, jejichž veliká rychlost je následnými srážkami s moderátorem snížena na hodnotu potřebnou k vyvolání další štěpné reakce. Aby nedošlo k neřízenému štěpení, je počet neutronů regulován řídícími tyčemi z boru, hafnia nebo kadmia. Pro případ, že by bylo třeba štěpnou reakci okamžitě zastavit, je elektrárna vybavena i bezpečnostními tyčemi s ještě větší koncentrací materiálu pohlcujícího neutrony.

Část energie při štěpení se uvolňuje jako nechvalně známé jaderné záření (tok neutronů).  Před jaderným zářením je okolí jaderné elektrárny maximálně chráněno, ale ani přesto se nevyhneme určitému průniku záření do okolí.

Hlavní výhody jaderné energie

Ve srovnání s tepelnou elektrárnou na fosilní paliva je jaderná elektrárna podstatně příznivější pro životní prostředí, protože šetří přírodní zdroje a neprodukuje skleníkové plyny. Proto i ta odvážná označení jaderné energie jako zelené u některých odborníků.

Další výhodou jaderných elektráren je jejich

• velmi vysoká efektivita například oproti solárním či větrným elektrárnám,
• možnost snadno regulovat množství vyrobené energie,
• nízké požadavky na zdroje,
• šetření přírodními zdroji,
• neprodukování skleníkových plynů,
• relativně nízké provozní náklady.

Zajímavost: Zatímco Temelín spotřebuje ročně méně než sto tun uranového paliva a vyprodukuje přibližně tři tuny pevného odpadu, uhelná elektrárna se stejným výkonem za rok spotřebuje více než deset miliónů tun fosilního paliva a vyprodukuje přes tři milióny tun popílku.

Nevýhody a rizika spojená se stavbou a využíváním jaderných elektráren

Jaderné elektrárny jsou mimořádně finančně nákladné na výstavbu i na pozdější prodlužování jejich životnosti nebo bezpečnou likvidaci. Například výstavba Temelínu stála v tehdejší době astronomických 100 miliard korun. Náklady na jaderné elektrárny jsou tak násobně vyšší než náklady na elektrárny, které vytvářejí elektřinu z fosilních paliv.

Také výstavba a plánování jaderné elektrárny trvá výrazně déle. Je to opravdu běh na dlouhou trať. Dalším problémem, kterému je potřeba věnovat pozornost, jsou přísné požadavky na bezpečnost provozu a na ochranu elektráren před přírodními katastrofami i jejich strategickou obranu před možnými útoky zvenčí.

Ačkoliv je jaderná energie považována za ekologickou, nejedná se o obnovitelný zdroj energie. Přírodní zdroje radioaktivního paliva jsou omezené a podle současných odhadů nám vystačí přibližně na tři sta let. Do České republiky se navíc uranová ruda musí dovážet ze států, kde probíhá její těžba.

Nejznámějším problémem, spojeným s využíváním jaderných elektráren, je však otázka konečné likvidace radioaktivního jaderného odpadu. V současné době se vyhořelé palivo ukládá na několik desítek let do meziskladu a počítá se s tím, že bude následně dlouhodobě uskladněno v bezpečném hlubinném úložišti. Předmětem výzkumu jsou i možnosti využití jaderného odpadu jako zdroje surovin či jako paliva pro jiný typ elektráren.

Určitou nevýhodou také je nepopularita jaderných elektráren u většiny obyvatelstva. Většina lidí nechce mít jadernou elektrárnu ve svém okolí, a tak je problém s výběrem místa. V neposlední řadě také existují zájmové skupiny, které protestují proti provozu či spíše výstavbě nových jaderných elektráren.

Pokud bychom měli všechny nevýhody jaderných elektráren a energie shrnout do bodů, tak se jedná především o tyto:

• dlouhé plánování výstavby,
• technicky složitá výstava a finančně velmi nákladná,
• náklady na bezpečnost a ochranu provozu,
• potřeba uranu (uran je stejně vyčerpatelnou surovinou podobně jako například ropa, a tak se určitě nedá zařadit mezi obnovitelné zdroje),
• potřeba skladování jaderného odpadu,
• jaderná elektrárna představuje určité (i když velmi malé) riziko pro své okolí. V hlavách mnohých lidí stále přetrvává katastrofa při havárii v Černobylu.

Přesvědčte se o výhodách jaderné energie na vlastní oči

Nyní již víte hlavní výhody a nevýhody jaderných elektráren. Některá rizika jsou spíše v teoretické rovině, avšak přesto nám to nedalo a museli jsme je zmínit. Ačkoliv bývá fungování jaderných elektráren často opředeno neoprávněnými obavami z řad široké veřejnosti, představují mimořádně bezpečný, efektivní a ekologický způsob výroby energie.

Přesvědčte se o tom i vy a vyrazte s celou rodinou na prohlídku informačního centra elektrárny v Dukovanech nebo v Temelíně. Čekají vás tam funkční modely jednotlivých částí jaderné elektrárny i rozsáhlá audiovizuální expozice plná zajímavých informací o jaderné energii.

Pokud Vás článek zaujal, tak si určitě také přečtěte o úspoře za energie a o stand-by režimu.