Reaktor postavený na slabinách
5. září 1945 dosáhl v kanadském Chalk River jaderný reaktor ZEEP kritického stavu a stal se prvním nukleárním reaktorem, který kdy fungoval mimo území Spojených států. Kanada přitom tehdy postrádala dvě věci, bez nichž si jiné atomové velmoci jaderný program neuměly představit: schopnost obohacovat uran a průmysl schopný svařovat obrovské tlakové nádoby z masivní oceli. Z těchto dvou omezení nakonec vzešel reaktor CANDU, zkratka za CANadian Deuterium Uranium.
Dva problémy, které vypadaly jako slepá ulička
V klasickém reaktoru palivo nefunguje přesně tak, jak ho příroda připravila. Přírodní uran je potřeba nejprve uměle „obohatit“, aby řetězová reakce vůbec nastartovala. Bez vlastního obohacovacího závodu to bylo jako chtít péct chleba bez mouky.
Druhý problém byl výrobní. Standardní reaktory svírají palivo a chladivo v jedné obří tlakové nádobě z masivní oceli. Kanadský průmysl tohle v té době nedokázal vyrobit. Inženýři z Atomic Energy of Canada Limited (AECL) se proto rozhodli oba problémy obejít, nikoli vyřešit silou.
Těžká voda: moderátor, který neutrony nepohltí
Aby řetězová reakce fungovala, musí se neutrony zpomalit dříve, než minou atomová jádra. Toto zpomalování zajišťuje moderátor. Běžná voda moderátorem je, ale má problém: příliš mnoho neutronů pohltí. S přirozeným, neobohaceným uranem pak řetězová reakce vychladne dřív, než se rozběhne.
Těžká voda se od té obyčejné liší jediným atomem: vodík je v ní nahrazen deuteriem, těžším izotopem s jedním neutronem navíc v jádře. Právě tato záměna znamená, že neutrony absorbuje výrazně méně. Řetězová reakce dokáže běžet i na přirozeném uranu bez obohacování. První překážka odstraněna.
Kalandria: když jeden kotel nestačí, přijde sto trubic
Místo jedné obří nádoby pod tlakem navrhli Kanaďané systém zvaný kalandria: velký horizontální tank naplněný těžkou vodou jako moderátorem, který sám pod tlakem není. Tlakem se namísto toho vypořádávají stovky menších trubic procházejících tankem. Jsou vyrobeny ze zirkaloye, slitiny zirkonia, která je vůči neutronům prakticky průhledná, a každá samostatně vede jadernou reakci i horký chladič.
Aby teplo z horkých trubic neunikalo do chladného moderátoru, odděluje každou tlakovou trubici od okolní kalandrické trubice vrstvička oxidu uhličitého sloužící jako tepelná izolace. Detail, který dokládá, jak precizní práce je nutná, když si nemůžete dovolit hrubou sílu.
Výměna paliva za plného provozu
Architektura s oddělenými trubicemi přinesla nečekaný bonus. Palivové svazky, každý 500 mm dlouhý, lze vyměňovat za plného provozu reaktoru. Dvě robotická zařízení plní a vybírají trubice, aniž by se reaktor odstavoval a ochlazoval. U klasického reaktoru je výměna paliva věc na týdny: odstavení, ochlazení, otevření nádoby. CANDU tohle celé přeskakuje.
V polovině 80. let pak přišly vylepšené palivové svazky CANFLEX s lepším přenosem tepla. Z původního náhradního řešení se stala konkurenční výhoda.
Havárie, u níž stál budoucí prezident
12. prosince 1952 došlo v Chalk River k částečnému roztavení jádra reaktoru NRX, kombinací mechanické závady a lidské chyby. Na místo dorazil mimo jiné poručík amerického námořnictva James Earl Carter, budoucí prezident USA. Vedl třiadvacetičlenný tým při rozebírání kontaminovaného jádra reaktoru. Cesta k technologickému triumfu CANDU nebyla bez chyb.
Proč CANDU nedobyl svět
Ke červnu 2026 pracuje na světě 26 reaktorů tohoto typu: 17 v Kanadě, tři v Jižní Koreji, dva v Rumunsku, dva v Číně a po jednom v Indii a Argentině. V globálním jaderném parku jde o malý podíl. Zdroje uvádějí, že za tím stojí různé politické a ekonomické faktory, aniž by je blíže určovaly. CANDU prostě vstoupil na trh, kde byl prostor dávno rozdán jiným systémům a kde geopolitické vazby hrají přinejmenším stejnou roli jako technická kvalita.
Přesto reaktor navržený z nouze přesáhl svůj původní záměr jiným způsobem: kanadské reaktory CANDU produkují většinu světových zásob kobaltu-60, radioaktivního izotopu využívaného v medicíně i sterilizaci zdravotnických pomůcek. Zásobují nemocnice po celé planetě, i když se nikdo nedívá.
OPRAVY: „oddělennými“ → „oddělenými“ (odstraněno nadbytečné zdvojené „n“, překlep), „dříve, než mine atomová jádra“ → „dříve, než minou atomová jádra“ (shoda přísudku s podmětem: podmět „neutrony“ je množné číslo, sloveso musí být také v množném čísle)