Civilní lodě s jaderným pohonem

Odhlédneme-li od vojenských plavidel s jaderným pohonem, která jsou poměrně běžná, ať už se jedná o ponorky či letadlové lodě, na civilních lodích bychom jaderný reaktor našli jen zřídkakdy. K nezvyklosti jaderného pohonu civilních plavidel přispívá i to, že je najdeme výhradně v Rusku, kde mají zajištěnu dobrou budoucnost při pohonu jaderných ledoborců. V tomto článku se podíváme na to, jak dopadly projekty v jiných zemích.

Komín lodi NS Otto Hahn umístěný od její přestavby na konvenční pohon v německém námořním muzeu v Bremerhavenu. (Zdroj: Funkoffizier.com)

Část 1: Počátky jaderných ledoborců v Rusku

Část 2: Rozvoj jaderných ledoborců v Rusku a jaderná kontejnerová loď Sevmorput

Část 3: Projekt stavby jaderného ledoborce nové generace

NS Savannah (USA)

První jaderná loď mimo Sovětský svaz byla spuštěna na vodu v USA. Stalo se tak v roce 1959, kdy byla spuštěna na vodu rozestavěná obchodní loď NS Savannah. Vývoj této lodi byl zahájen v roce 1955 v rámci programu hnutí Atoms for Peace. Reaktor pochází od společnosti Babcock & Wilcox a jednalo se o tlakovodní reaktor o tepelném výkonu 74 MWt, přičemž na lodní šroub dodával 16,4 MW výkonu. Tlaková nádoba má průměr 4,3 m a je spolu s primárním chladicím okruhem a parogenerátory umístěna uvnitř 15 m vysokého kontejnmentu. Uvnitř reaktoru se nacházelo 16 palivových kazet s palivem obohaceným na 4,2 % a 16 obohacených a 4,6 %. Trup lodi byl 181,8 m dlouhý a 24 m široký, loď měla výtlak 21 800 tun, přičemž mohla pojmout 8500 t nákladu nebo 60 pasažérů. Posádku tvořilo 124 mužů. Cestovní rychlost činila 21 uzlů (39 km/h) a loď dosahovala maximální rychlosti 24 uzlů (44 km/h).

NS Savannah vplouvá do Sanfranciského zálivu během oslav zahájení jejího provozu. (Zdroj: Funkoffizier.com)

Čísel by snad bylo dost a nyní to důležitější, jaké byly osudy NS Savannah po zahájení jejího provozu v roce 1962. Toto plavidlo bylo již od počátku zamýšleno jako demonstrace mírového užití jádra, takže nedosáhla valných komerčních úspěchů. Během deseti let provozu vydělala 12 milionů dolarů, přičemž náklady na stavbu byly 46,9 milionů dolarů (18,6 milionů dolarů stála loď a její vybavení, 28,3 milionů dolarů stál jaderný reaktor). Na tomto neúspěchu se podílela i koncepce lodi, která představovala spíše luxusní jachtu než nákladní či osobní loď. Mohla totiž pojmout až 8500 t nákladu nebo 60 cestujících, což bylo výrazně méně než klasické lodě podobné velikosti.

Čeho nedosáhla v komerční sféře, to se jí naopak podařilo v rámci technologií a věhlasu. Dokázala deset let bez nehody brázdit hladiny světových moří a oceánů a po ukončení svého provozu stojí v různých přístavech (aktuálně v Baltimoru), kde si ji může prohlédnout veřejnost. Armáda sice krátce uvažovala o jejím využití jako plovoucí jaderné elektrárny, ale nakonec od těchto plánů upustila a roku 1975 bylo z jejího reaktoru vyjmuto palivo. Po 450 tisících uražených mílích tak nadobro skončila její plavba. Není se ani čemu divit, že v roce 1972 skončil její provoz, neboť náklady na její provoz vycházely přibližně o dva miliony dolarů ročně vyšší než v případě srovnatelné lodi s klasickým pohonem. O dva roky později, ale cena topného oleje stoupla z 20 dolarů za tunu na 80 dolarů, což by srovnalo rozdíly ve výši nákladů na provoz. Ovšem připočítali-li bychom i náklady na údržbu reaktoru a správnou likvidaci ozářených zařízení a radioaktivního odpadu, stále bychom se s NS Savannah nedostali na konkurenceschopnou hranici.

Kontejnment reaktoru lodi NS Savannah. (Zdroj: Nssavannah.net)

Uložení jaderného reaktoru uvnitř plavidla. (Zdroj: Nssavannah.net)

NS Otto Hahn (Německo)

V době, kdy se americké NS Savannah chýlila služba ke konci, chystala se k první plavbě německá nákladní loď s jaderným pohonem. Byla pojmenována po německém jaderném chemikovi Otto Hahnovi, nositeli Nobelovy ceny. Délka této lodi byla 172 m, šířka 23,4 m a výtlak 26 tisíc tun při plném zatížení. K pohonu sloužil jaderný reaktor od německé pobočky společnosti Babcock & Wilcox (celým názvem Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkessel Werke AG) o tepelném výkonu 38 MWt (na lodní šroub dodával výkon 8 MW), který používal palivo obohacené na 3,5 – 6,6 %. Dosahovala maximální rychlost 17 uzlů (31 km/h) a uvezla až 14 tisíc tun nákladu. Hlavním účelem této lodi byl výzkum plavidel s jaderným pohonem, takže poskytovala zázemí i 36 výzkumníkům, kteří během její cesty sbírali informace o provozu tohoto typu plavidel.

Německá nákladní loď s jaderným pohonem NS Otto Hahn. (Zdroj: Funkoffizier.com)

NS Otto Hahn poblíž Kapského města. (Zdroj: Funkoffizier.com)

K první plavbě došlo v roce 1970 a k první výměně paliva o dva roky později. Započítáme-li i dva roky testování, tak NS Otto Hahn během čtyř let urazil na 22 kg uranu 250 tisíc námořních mil (463 000 km, to je asi 11,5krát kolem Země). V roce 1979 byl provoz této lodi z ekonomických důvodů ukončen a došlo k přestavbě na konvenční pohon. Navíc splnila svůj vědecký účel, ukázalo se, že je technicky možné provozovat nákladní loď s jaderným pohonem, i když tento pohon ekonomicky zaostává za svým starším sourozencem. Celkově tato loď urazila na 650 tisíc námořních mil (asi 1,2 milionu km), přičemž navštívila 33 přístavů ve 22 zemích světa. Během svého provozu se ale potýkala s různými omezeními, protože ne každý přístav přijal loď s jaderným pohonem. Kvůli tomu bychom mezi navštívenými přístavy napočítali většinu afrických a jihoamerických. NS Otto Hahn také neměl dovolen průjezd Suezským kanálem.

Řídící místnost reaktoru lodi Otto Hahn. (Zdroj: Dieselduck.ca)

Přestavba lodi

Zajímavou kapitolou je přestavba lodi na konvenční spalovací pohon, který jí slouží dodnes. Samotná přestavba trvala do roku 1984, kdy loď dostala nové jméno MS Trophy a začala její služba, během níž byla ještě několikrát přejmenována. Součástí přestavby byla také změna určení lodi, protože místo původního převážení rudy začala vozit kontejnery a navíc přišla o své vědecké poslání.

S možností přestavby na konvenční pohon se počítalo již při vzniku projektu, takže loď byla konstruována tak, aby z ní bylo možno odstranit veškeré materiály, které byly během jejího provozu ozářeny a spadaly by tak pod jadernou regulaci. I tak ale byla přestavba velice náročná operace. Všechna jaderná zařízení byla umístěna ve třech sekcích. V první se nacházela tlaková nádoba, cirkulační čerpadla a parogenerátory, v druhé potom podpůrné systémy, laboratoře, horké komory a šatna pro pracovníky a ve třetí další zařízení včetně bazénu pro skladování použitého paliva.

Jaderné sekce lodi NS Otto Hahn. (Zdroj: Iaea.org)

Před rozebráním jaderných zařízení bylo z lodi odstraněno jaderné palivo a ve všech třech sekcích proběhlo mnoho měření aktivity, na jejichž základě potom probíhalo plánování celé operace. Na lodi také bylo zřízeno několik komor určených k balení radioaktivních odpadů, což sice zvýšilo množství prostor určených k dekontaminaci, ale na druhou stranu odpad mohl být z lodi odebírán přímo v přepravních kontejnerech.

Rozebírání zařízení probíhalo ve všech třech sekcích současně, přičemž nejdříve byla odstraňována zařízení s nejvyšší aktivitou s výjimkou tlakové nádoby, jejíž odstranění bylo potřeba delší dobu připravovat. Pozdější práce tak mohly probíhat za nižších dávek radiace. Velké díly byly dekontaminovány přímo na svém místě před rozebráním, menší ve speciální dekontaminační místnosti. K dekontaminaci pracovníci používali několik typů rozpouštědel podle typu materiálu a převažujících radionuklidů, nejčastěji byly používány různé organické a anorganické kyseliny.

Některé díly bylo možno uvolnit do životního prostředí po důkladné dekontaminaci, zbylé byly baleny do kontejnerů o objemu 8 m³ nebo do 400l sudů. Všechen pevný radioaktivní odpad potom mířil do skladovacího zařízení ve výzkumném ústavu v Geesthachtu. Tekuté radioaktivní odpady a voda aktivovaná během prací byly průběžně kamiony odváženy do výzkumného centra v Jülichu.

Samostatnou kapitolou byla demontáž a odvoz tlakové nádoby, která vážila přibližně 500 tun. Bylo rozhodnuto, že to bude jediná část, která bude převezena vcelku. Ostatní velká zařízení jako třeba cirkulační čerpadla byla rozebrána uvnitř kontejnmentu a po dekontaminaci zabalena do přepravních obalů. Po odebrání vnějších zařízení tlakové nádoby byly její otvory zaslepeny uzávěry a v horní části k ní byly navařeny otočné čepy sloužící k usnadnění transportu. Na výstupech z tlakové nádoby k cirkulačním čerpadlům bylo ještě přidáno olověné stínění, aby mohl transport proběhnout bezpečně. Další cesta tlakové nádoby směřovala pomocí pracovní lodi s jeřábem na nákladní plavidlo bez vlastního pohonu. Na něm byla nádoba dopravena do přístaviště poblíž Geesthachtu, odkud byla do výzkumného ústavu převezena čtyřmi kamiony.

Zvedání tlakové nádoby pomocí pracovního plavidla s jeřábem. (Zdroj: Iaea.org)

Na závěr pracovníci mechanicky a chemicky dekontaminovali zbývající zařízení a prostory a loď tak byla připravena pro svou další kariéru konvenčního nákladního plavidla.

Proces přestavby v číslech: Demontážní a dekontaminační práce trvaly dva roky, z čehož jeden rok zabrala dekontaminace prázdných prostor. Přeprava tlakové nádoby trvala celkem pět dní. Počet pracovníků byl 12 v přípravné fázi a během demontáže a dekontaminace zařízení dosáhl 35 mužů. Během přestavby lodi NS Otto Hahn bylo provedeno přes milion měření aktivity jednotlivých zařízení.

Bylo naplněno 20 kontejnerů o objemu 8 m3 celkem 150 tunami odpadu a dalších 125 tun pevných radioaktivních odpadů pojaly 400l sudy, kterých bylo naplněno celkem 330. Dále bylo dekontaminováno a posléze uvolněno 375 tun různých zařízení. Do nádrží přepravních kamionů bylo stočeno na 480 m³ aktivované vody. V neposlední řadě byla dekontaminována plocha plavidla o velikosti 1400 m².

K čemu to vše bylo dobré? Tedy kromě výzkumu uplatnitelnosti nákladní lodi poháněné jaderným reaktorem se jaderní odborníci při likvidaci jaderných zařízení přiučili následujícímu: Pro to, aby práce proběhly úspěšně je potřeba zkušený personál, který zná každý detail rozebíraných zařízení. Z hlediska efektivnosti, radiační ochrany a plánování průběhu operace je potřeba přesně znát radioaktivitu každého dílu. Ukázalo se, že mechanické způsoby demontáže zařízení jsou lepší než tepelné (byl zkoušen autogen a plasmový hořák), protože při nich vzniká menší množství radioaktivních aerosolů. Jako optimální se ukázaly stříhací a řezné nástroje. V některých případech ale musely jít mechanické metody stranou, například u zatížených dílů docházelo k zanášení a zablokování pil a fréz pilinami, takže pracovníci přikročili k tavení těchto dílů. Jako efektivní způsob ochrany pracovníků se ukázala šroubovaná přenosná stínění namísto svařovaných, protože šla rychleji přizpůsobit aktuální potřebě. Pro shromažďování tekutých odpadů před jejich transportem do specializovaného centra v Jülichu byla používána sběrná nádrž, v níž se ale hromadil kal, s čímž se při plánování operace nepočítalo, takže během závěrečné dekontaminace představovala zdroj největší dávek pro pracovníky. Systém pro průběžné odebírání kalu by výrazně zjednodušil radiační ochranu pracovníků.

Silniční převoz tlakové nádoby do výzkumného ústavu v Geesthachtu proběhl na speciálně upraveném podvalníku pro nadměrné náklady a za pomoci čtyř kamionů. (Zdroj: Iaea.org)

NS Mutsu (Japonsko)

Zvláštní osud si prožila tato japonská nákladní loď, která nikdy komerční náklad nevezla. Její vývoj začal v druhé polovině šedesátých let minulého století, palivo do reaktoru bylo zavezeno v roce 1972 a v roce 1974 proběhly první testy. S celým životem NS Mutsu bylo bohužel spojeno i veřejné mínění, které jí znesnadňovalo už tak poměrně těžký osud.

Kvůli protestům rybářů v domovském přístavu NS Mutsu, Ohminato (prefektura Aomori), nebyl jaderný reaktor spuštěn v přístavu, ale až asi 800 km od pobřeží. Při spouštění reaktoru došlo k nehodě, když trhlinou v tlakové nádobě unikla radiace ve formě neutronů a gama záření. Reaktor pracoval v té době na 1,4 % výkonu a nedošlo k žádnému závažnému radiačnímu ohrožení, takže se nejednalo o vážnou událost.

NS Mutsu na moři. (Zdroj: Funkoffizier.com)

Spory před odjezdem NS Mutsu, neúspěšný test a nedokončené radiační stínění reaktoru se staly významnou otázkou pro veřejnost, která vygradovala až k blokaci mateřského přístavu NS Mutsu, aby se nemohla vrátit z prvního testu. Blokáda rybářů trvala přes 50 dní a jejím výsledkem bylo to, že se NS Mutsu mohla vrátit do svého mateřského přístavu, ale pouze pod podmínkou, že další úpravy budou probíhat už v jiném přístavu. Mezi lety 1978 a 1982 proběhly v přístavu Sasebo úpravy stínění reaktoru a v roce 1983 získala NS Mutsu nový domovský přístav Sekinehama. Rozsáhlejší rekonstrukce byla dokončena v roce 1991 a její testování pokračovalo o mnoho úspěšněji.

V tom samém roce urazila na moři 82 000 km (to vychází přibližně dvakrát kolem Země), což byl původní cíl. I přes počáteční události, které se nevyhnuly ani projektům v jiných zemích, se podařilo ukázat, že tato loď dosahuje dobrého výkonu i na bouřlivém moři, takže po technické stránce slavili konstruktéři úspěch. V následujícím roce byl potom z lodi vyjmut jaderný reaktor a byla přestavěna na konvenční plavidlo, takže nyní brázdí vody moří a oceánů jako výzkumná loď RV Mirai.

Tento projekt ale neprobíhal jen tak nadarmo, protože si z něj lidé odnesli nenahraditelné poznatky. Změnily se například způsoby posuzování jaderné bezpečnosti. Dále se z Atomic Energy Commission, která se v Japonsku stará o rozvoj jaderné energetiky a výzkum jádra, jako nezávislý úřad vyčlenila Nuclear Safety Commission, která dnes formuluje zásady jaderné bezpečnosti a požadavky na ní. Ukázalo se totiž vhodné, aby na jadernou bezpečnost dohlížel nezávislý orgán na Atomic Energy Commission. Také byl posílen systém dvojí kontroly jaderné bezpečnosti, kdy první posudek provádí správní úředníci a Nuclear Safety Commission kontroluje správnost prvního posudku.

Flotila jaderných ledoborců nejsou jen jaderné ledoborce, ale i služební plavidla, která pomáhají při výměně paliva a údržbě jaderných ledoborců. Na ně se zaměříme v přístím díle našeho seriálu.

Aktuální informace o jádře na moři (a jiných jaderných oborech) je možné nalézt na webu Atominfo.cz.

Videorozhovor s kapitánem jaderného ledoborce 50 let pobedy, Valentinem Davydjancem, naleznete zde.

Zdroje:

World-nuclear.org

Nssavannah.net

Iaea.org

Radiationworks.com

Kernenergie.de

Wikipedia.org

Investing in Trust: Nuclear Regulators and the Public, Workshop Proceedings