Detail předmětu

Malé modulární reaktory, pokročilé reaktory nové generace, jaderná fúze

FEKT-MPC-MMRAk. rok: 2024/2025

Zajišťuje Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií

Historicky největší rozvoj zažila jaderná energetika v 70.tých letech 20. století, kdy byla celosvětově ročně zahajována výstavba více než 30 bloků a tyto byly uváděny do provozu velmi rychle. Vývoj této druhé generace jaderných elektráren ukončily havárie na jaderné elekrárně Three Miles Island a v Černobylu. Havárie TMI a následná krize jaderné energetiky v USA vedla k vývoji nových, bezpečnějších, pokročilých jaderných reaktorů, které nyní označujeme jako bloky třetí generace. Jejich inovací se vyvinula generace nazývaná tři plus, jejíž bloky jsou nyní ve výstavbě. Po roce 2010 se objevuje nový fenomén, tzv. malé modulární reaktory, které nabízejí větší flexibilitu, možnost sériové výroby, a díky tomu unifikovanější, rychlejší a v jistém ohledu i ekonomičtější výstavbu. Bloky generace SMR mohou být stavěny také blíže sídlům a mohou nabízet teplárenské i jiné neelektrické aplikace. Velkou nadějí a budoucností energetiky pro lidstvo je fúzní jaderná energetika, jež nabízí téměř neomezené zdroje paliva a omezené množství radioaktivních odpadů, zatím bohužel při enormní technologické a finanční náročnosti. Předmět studenty seznámí s komplexní problematikou všech těchto technologií, jejich specifikami, historií, aktuálním vývojem i potenciální budoucností.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Ing. Karel Katovský, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav elektroenergetiky (UEEN)

Vstupní znalosti

Předpokládají se znalosti na úrovni úspěšně ukončeného bakalářského studia.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Předmět je ukončen zkouškou. Studenti v rámci cvičení předmětu dostanou zadány dvě samostatné práce, které vypracují a předloží jako podklad ke zkoušce (30%). Zkouška z předmětu se skládá z písemné části (30%), jež je složena z 30 náhodně vybraných testových otázek, jejichž databáze (přibližně 200 otázek) je uložena v e-Learningu a z ústní části (30%). Při ústní části zkoušející ověřují znalosti studenta ze sady 20 témat zadaných při zahájení výuky předmětu a zveřejněných v e-Learningu. Zbývajících 10% tvoří bonusové body, které studenti získávají za účast na besedách s odborníky z praxe a exkurzích. Účast na přednáškách je nepovinná. Řádně omluvená neúčast na přednášce odborníka z praxe nebo na cvičení je nahrazena samostatnou prací.

 

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty s aktuálním vývojem v oblasti jaderných technologií, zejména pokročilých jaderných reaktorů třetí a třetí plus generace, malých modulárních reaktorů a fúzních technologií. Studenti se budou po absolvování předmětu orientovat v aktuálně dostupných technologiích, které jsou ve výstavbě nebo se na ni připravují, budou schopni zhodnotit rozdíly mezi generacemi a mezi jednotlivými technologiemi a budou umět kriticky uvažovat nad realizovatelností daných technologií v daném místě a čase. Cílem je poskytovat v rámci předmětu živé, aktuální informace, které budou zprostředkovávat svými vstupy odborníci z praxe, výzkumu a zahraničních institucí.

 

Základní literatura

Advances in Small Modular Reactor Technology Developments, IAEA, 2020 (CS)
Ďurďovič, M. a kol.: Malé modulární reaktory, AV ČR, 2022 (CS)
Entler, S. a kol.: Budoucnost energetiky: jaderná fúze, AV ČR, 2019 (CS)
NuclearTechnology Review, IAEA, 2022 (CS)
Řípa, M.: Řízená termojaderná fúze - minulost, současnost a budoucnost, ČVUT 2020, ISBN 978-80-01-06751-2 (CS)
Yamada, H.: Nuclear Fusion. In: Lackner, M., Sajjadi, B., Chen, WY. (eds) Handbook of Climate Change Mitigation and Adaptation. Springer 2022, ISBN 978-3-030-72578-5 (CS)

Doporučená literatura

Braams, C.M, Scott, P.E.: Nuclear Fusion, IoP 2002, ISBN 0750307056 (CS)
Kikuchi, M. et al.: Fusion Physics, IAEA 2012, ISBN 978-92-0-130410-0 (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPC-JAE magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

24 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Karel Katovský, Ph.D.

Osnova

1. Vývojové generace jaderných elektráren, vznik reaktorů tzv. III. generace a generace III.+, vysvětlení rozdílu mezi II a III generací - mezi klasickými a pokročilými jadernými reaktory
2. Projekty pokročilých jaderných reaktorů 80. let, výstavba prvních bloků ABWR, krize výstavby nových bloků, vývoj papírových reaktorů, rozbor projektů AP600, ABWR, System80+
3. Projekt AP1000
4. Projekt APR1000 a jeho vývoj, rozbor projektu APR1400
5. Projekty EPR, EPR+, EPR2, EPR1200
6. Neuskutečněné projekty západních reaktorů třetí generace - APWR1800, ATMEA-1, KERENA a další
7. Vývoj tlakovodních reaktorů třetí generace východní koncepce (AES91, AES92, AES2006, Tian-wan, Kudankulan, VVER1200, VVER-TOI, VVER-600)
8. Čínské tlakovodní reaktory třetí generace, těžkovodní jaderné reaktory třetí generace
9. Malé modulární reaktory
10. Reaktory tzv. čtvrté generace
11. Fúzní jaderné reaktory
12. Tokamaky, stelarátory a lasery

Cvičení

12 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Karel Katovský, Ph.D.

Osnova

1. Core damage frequency a LERF pro bloky II. a III. generace
2. Bezpečnostní a provozní parametry pokročilých jaderných bloků
3. Jaderné palivo pro pokročilé jaderné bloky
4. Srovnání parametrů lehkovodních jaderných reaktorů typu SMR
5. Srovnání parametrů pokročilých jaderných reaktorů typu SMR
6. Lawsonovo kritérium

Cvičení na počítači

12 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Karel Katovský, Ph.D.

Osnova

1. Model rozšířených projektových podmínek u jaderného reaktoru druhé a třetí generace
2. Detailní studie vybraného reaktoru třetí generace
3. Řízení malého modulárního reaktoru I.
4. Řízení malého modulárního reaktoru II.
5. Lawsonovo kritérium z pohledu fyziky
6. Inženýrské Lawsonovo kritérium