Článek
Čtete ukázku z newsletteru TechMIX, ve kterém Pavel Kasík a Matouš Lázňovský každou středu přinášejí hned několik komentářů a postřehů ze světa vědy a nových technologií. Pokud vás TechMIX zaujme, přihlaste se k jeho odběru!
Čína se tímto krokem dostává do čela jaderných inovací v této oblasti. Odemyká nejen potenciál thoria, ale především jiný přístup k bezpečnosti a palivu pro jaderné zdroje. Jde však o skutečnou revoluci, nebo jen o nákladnou laboratoř na řešení 50 let starých problémů?
Ve středu pozornosti je experimentální reaktor TMSR-LF1 (Thorium-based Molten Salt Reactor Liquid Fuel). Není to elektrárna v pravém smyslu slova, ale prototypový reaktor s tepelným výkonem 2 MW, umístěný ve městě Wu-wej v čínské provincii Kan-su (základní informace najdete například v této prezentaci jednoho z členů týmu z roku 2019).
Čínská akademie věd obnovila program vývoje reaktorů s tekutými solemi v roce 2011. Samotná stavba v poušti Gobi začala v roce 2018 a podařilo se ji dokončit v roce 2021. V říjnu 2023 v něm byla poprvé spuštěna štěpná řetězová reakce, v červnu 2024 dosáhl reaktor plného provozního výkonu a v říjnu téhož roku dostal povolení pro zavezení první dávky thoria – k doplnění paliva došlo přitom za provozu.
Podle dostupných zpráv byla v listopadu 2025 dokončena transmutace této první dávky thoria na uran 233. To znamená, že se reaktor doopravdy rozběhl a začal dělat to, co je pro něj výjimečné a unikátní: Vyrábět si palivo z poměrně hojně dostupného materiálu, který sám o sobě v přírodě není radioaktivní.
Vidina elektrárny, která si po vzoru alchymistů „transmutuje“ palivo pro vlastní provoz, je pochopitelně tak lákavá, že neunikla pozornosti předchozích generací fyziků.
Čína se při stavbě zařízení dost otevřeně hlásí k odkazu amerického experimentu MSRE v laboratořích Oak Ridge. Ten fungoval v letech 1965 až 1969, ale byl ukončen, protože zájem se soustředil na využívání dnes převládajících reaktorů, tzv. tlakovodních. Většina jiných typů byla shledána nepotřebnými a jejich výzkum byl odsunut na druhou či třetí kolej.
Řada očekávání ohledně jaderných zdrojů byla totiž zjevně nadsazených – slavnou slepou uličkou byly třeba experimenty s využitím reaktorů s roztavenými solemi pro pohon letadel (i když thorium v daném případě roli nehrálo).
Horká sůl místo pevných tyčí
Thorium-232, které se nachází v přírodě, není štěpné a nelze jej použít jako palivo do jaderných elektráren. Jde ovšem o takzvaný „plodivý“ materiál: Štěpné palivo z něj lze vytvořit.
Tento proces probíhá v několika krocích. Jádro thoria-232 nejprve v reaktoru zachytí neutron. Tím se přemění na protaktinium-233, které se následně s poločasem rozpadu 27 dní přemění na uran-233. Až tento izotop uranu-233 je štěpným materiálem a slouží jako palivo pro jaderný reaktor.
K zahájení řetězové reakce je zapotřebí „startér“. Neutrony, které thorium změní na uran, se musí někde vzít. Reaktor TMSR-LF1 byl tedy na začátku svého života naložen uranovým palivem označovaným jako HALEU (High-Assay Low-Enriched Uranium). Jde o uran obohacený těsně pod hranicí 20 procent štěpného izotopu U-235, a tedy podstatně bohatší palivo, než které používají běžné elektrárny (jeho obohacení je zhruba do čtyř procent).
Hlavní výhody thoria jsou strategické. V zemské kůře se nachází třikrát až čtyřikrát více thoria než uranu. Palivový cyklus založený na thoriu navíc produkuje výrazně méně transuranů, jako je plutonium nebo americium, které tvoří nejnebezpečnější a nejvíce dlouho žijící část jaderného odpadu.
Pro Čínu má tento přístup ještě jeden specifický přínos. Thorium je odpadním produktem při rozsáhlé těžbě vzácných zemin, tedy surovin, jejichž produkci asijská velmoc celosvětově dominuje. Reaktor s roztavenými solemi by tak mohl přeměnit odpad na zajímavý zdroj energie.
Jiný provoz
Reaktor používá zvláštní palivo ve zvláštní formě. Běžné komerční reaktory využívají pevné palivové tyče chlazené vodou pod obrovským tlakem. Princip reaktoru s roztavenými solemi je zásadně odlišný. Jaderné palivo, ať už uran nebo thorium, je v něm přímo rozpuštěno v nosné soli, v tomto případě ve směsi fluoridů lithia a beryllia (FLiBe). Tato extrémně horká tekutina s pracovní teplotou 650 až 700 °C plní dvě role zároveň: Je palivem i chladivem.
Oživení této staré technologie naráží na stejné překážky, se kterými se potýkal i původní americký program. Technické výzvy zůstávají značné, jak přiznávají i samotní čínští vědci. Tou hlavní je materiálová věda. Roztavené fluoridové soli při teplotách přesahujících 700 stupňů Celsia působí silně korozivně. Vyžadují speciální slitiny schopné desítky let odolávat extrémnímu chemickému prostředí i radiaci.
Američané pro tento účel vyvinuli slitinu Hastelloy-N, kterou využívá i čínský reaktor. Velkou neznámou však zůstává její dlouhodobá životnost a chování po dekádách provozu. Současný 2 MWt reaktor TMSR-LF1 slouží primárně jako materiálová zkušebna, která má ověřit odolnost kovů i speciálně upraveného grafitu sloužícího k moderaci neutronů.
Největší provozní komplikací je samotná podstata kapalného paliva. Zatímco u klasického reaktoru se palivové tyče vymění jednou za čas, zde musí systém fungovat kontinuálně. Má to své výhody: Například výměna paliva se dá provádět za provozu, v podstatě „vstřikováním“ vhodné směsi do okruhu reaktoru.
Tato výhoda doplňování paliva za provozu je ale vykoupena nutností toto palivo za provozu také čistit. Aby reakce běžela stabilně, musí se z tekuté soli neustále odstraňovat nežádoucí štěpné produkty, které by jinak pohlcovaly neutrony. To vyžaduje komplexní systém chemického zpracování. K reaktoru musí být připojena v podstatě malá radiochemická továrna, která neustále manipuluje s vysoce radioaktivní kapalinou. Což zní jako technologická, bezpečnostní a potažmo i administrativní noční můra.
Přestože thoriový cyklus generuje méně dlouhodobého jaderného odpadu než dnešní uranový cyklus, stále při něm vzniká komplexní směs štěpných produktů, které je nutné bezpečně uložit. Čína pro tyto účely plánuje využít geologicky stabilní podloží v poušti Gobi. Ale to je poměrně malý problém i proto, že vznikajícího odpadu není mnoho a z velké části ho tvoří izotopy, které nemají příliš dlouhý poločas rozpadu.
Bezpečnostní charakteristiky
Byť je reaktor postaven z nezvyklého a také do jisté míry neznámého materiálu, má i své bezpečnostní výhody. Například pracuje při běžném atmosférickém tlaku. Odpadá tak riziko parní exploze nebo ztráty chladiva pod tlakem.
Je také vybaven velmi jednoduchým pasivním systémem bezpečnosti: V případě přehřátí nebo výpadku proudu se ve dně reaktoru automaticky roztaví „zátka“ ze ztuhlé soli. Gravitace pak samovolně odvede veškeré kapalné palivo do bezpečně podchlazených nádrží, aniž by byl nutný jakýkoli vnější zásah.
S thoriovým cyklem je spojena i citlivá otázka šíření jaderných zbraní. Někteří odborníci, jako Edwin Lyman z organizace Union of Concerned Scientists, upozorňují na rizika: Transmutovaný uran-233 je podle nich vysoce kvalitní materiál přímo použitelný v jaderných zbraních, srovnatelný s plutoniem. Obávají se také, že pokud palivo neustále cirkuluje mimo reaktorové jádro kvůli chemickému čištění, vytváří to teoretické cesty pro jeho odcizení.
Je otázkou, zda jsou ovšem obavy skutečně namístě. Při výrobě uranu-233 totiž nevyhnutelně vzniká i malá příměs izotopu uranu-232. Tento izotop má relativně krátký poločas rozpadu a jeho dceřiné produkty jsou extrémně silnými zářiči gama. Tato tvrdá radiace činí jakoukoli manipulaci s materiálem nesmírně obtížnou a nebezpečnou, což jej pro jednoduché vojenské použití prakticky znehodnocuje. Navíc reaktory tohoto typu produkují jen velmi malé množství plutonia, které je dnes hlavním materiálem pro zbraňové systémy.
Obecně tedy převládá názor, že riziko šíření u tohoto typu reaktoru sice není nulové, je však považováno za nižší než u klasického uran-plutoniového palivového cyklu. Rozhodujícím faktorem však, jako obvykle, zůstává úmysl provozovatele a nastavení mezinárodních záruk nad celým palivovým cyklem. A v tomto ohledu se Čína nezdá představovat žádné zvláštní riziko. Má určitě své geopolitické cíle, které jdou do značné míry i proti našim zájmům, ale šíření jaderných zbraní mezi ně (alespoň prozatím) nepatří.
Nejsou v tom sami
Čína sice získala náskok v technologii reaktorů s roztavenými solemi, ale v záměru využít thorium rozhodně není sama. Nejkomplexnější přístup k této otázce má v současné době Indie, byť se její program potýká s problémy.
Země se pro thorium rozhodla z existenčních důvodů: Má jen velmi omezené zásoby uranu, ale naopak jedny z největších zásob thoria na světě. Indický jaderný program je proto postaven jako propracovaný třístupňový plán. Již probíhající první etapa je založena na těžkovodních reaktorech (PHWR), jež využívají přírodní uran. Ty produkují elektřinu a jako vedlejší produkt plutonium-239.
Ve druhé etapě vstoupí do hry rychlé množivé reaktory (FBR). Ty budou spalovat plutonium získané v první fázi a v takzvaném blanketu (obalu jádra) budou „množit“ nové palivo – tedy další plutonium z uranu-238 a především žádaný uran-233 z thoria. Klíčový prototyp tohoto rychlého reaktoru Indie již staví v Kalpakkamu a letos v říjnu se do něj začalo nakládat palivo.
Teprve ve třetí fázi nasadí Indie pokročilé reaktory, které budou navrženy přímo na spalování thoria a v nich vypěstovaného uranu-233. Indická cesta je tedy pomalejší, ale systémovější a není závislá na exotické technologii tekutých solí.
O využití thoria se minimálně na experimentální úrovni zajímají i další státy a také soukromý sektor. Dánská společnost Copenhagen Atomics plánuje spuštění 1MW pilotního reaktoru s roztavenými solemi v roce 2026. Své řešení problému šíření materiálu popsali velmi přímočaře: Celý reaktor jednoduše zavaří, aby se k palivu nikdo nedostal.
Jiné firmy v USA, jako Clean Core Thorium Energy, nevyvíjejí nový reaktor, ale nové palivo. Jejich cílem je vyrobit palivové kazety ze směsi thoria a HALEU, které by bylo možné použít v již existujících těžkovodních reaktorech typu CANDU.
Připomeňme, že ne každý reaktor s roztavenými solemi musí nutně spalovat thorium. Příkladem je americká společnost Kairos Power, která rovněž vyvíjí reaktor chlazený solí, ale jako palivo bude využívat osvědčené pevné uranové částice TRISO. Právě s touto firmou nedávno uzavřel partnerství Google pro napájení jeho datových center. Neznamená to ale, že technologie a firma mají zaručený úspěch.
Česká perspektiva
A jaká je relevance čínského pokroku pro Česko? V krátkodobém a střednědobém horizontu prakticky nulová. Naše energetika je a po několik dalších dekád zůstane založena na klasických tlakovodních reaktorech. Technologie IV. generace, kam reaktory s tekutými solemi patří, jsou otázkou případného komerčního nasazení snad někdy kolem poloviny století.
Nepřímý, strategický dopad je však podstatný. Čína získává v této oblasti zjevný náskok. Zatímco Evropa a Spojené státy jsou převážně ve fázi návrhů a počítačových simulací, Čína sbírá reálná provozní data. Zkouší, jak se materiály chovají, jak zvládat složitou chemii a jaká je skutečná fyzika provozu. Pokud bude současný 2 MWt prototyp úspěšný, Čína již plánuje stavbu většího, 10 MWe (60 MWt) demonstračního reaktoru, který má být dokončen do roku 2030.
Jak ale poznamenali sami čínští vědci, na obzoru nejsou „žádná rychlá vítězství“. Thoriový reaktor není okamžitou spásou energetiky. Problémy s korozí, materiály a chemickým zpracováním jsou skutečné a jejich vyřešení bude vyžadovat ještě mnoho let práce.
Pokud se to však Číně podaří, získá technologii s unikátními vlastnostmi. Reaktor nepotřebuje pro chlazení vodu, což je ideální pro suché oblasti jako poušť Gobi. Vysoká provozní teplota jej činí vhodným pro průmyslovou výrobu vodíku a objevují se dokonce koncepty pro pohon velkých kontejnerových lodí.
Velká část těchto představ může vzít za své, ale to dnes nevíme jistě. Možná, že tentokrát se technologie „nevrátí do stejné řeky“ a dočká se skutečně praktického nasazení. Třeba jen proto, že čínská vláda v ní uvidí dostatečnou výhodu, aby jí pomohla překonat obtíže spojené obvykle se vstupem nových technologií na trh. Podobných příkladů jsme viděli v posledních dekádách mnoho.
V plné verzi newsletteru TechMIX toho najdete ještě mnohem víc. Přihlaste se k odběru a budete ho dostávat každou středu přímo do své e-mailové schránky.
