Mixed oxide (MOX) fuel je relativně nový typ jaderného paliva, které vzniká přepracováním paliva použitého. Představuje dnes asi 2 % nového paliva vsazovaného do světových reaktorů. Skládá se ze směsi UO₂ a PuO₂, tedy vedle oxidu uraničitého také z oxidu plutoničitého, který vzniká jako produkt jaderných reakcí v energetickém reaktoru. MOX palivo se také vyrábí z likvidovaných náplní nepoužitých jaderných zbraní.

Většinu paliva v energetickém reaktoru tvoří ²³⁸U. Několikanásobným záchytem neutronu, kterých létá při štěpení v aktivní zóně obrovské množství, se postupně může přeměnit na ²³⁹ Pu, ²⁴⁰Pu, ²⁴¹Pu a ²⁴²Pu. Izotopy plutonia 239 a 241 jsou štěpitelné, podobně jako ²³⁵U. Při provozu reaktoru tedy vyhořívají jako uran a dá se říci, že asi třetina celkově získané energie pochází z jejich štěpení. Čím vyšší je vyhoření paliva, tím méně plutonia v použitém palivu zůstane – tvoří asi 1 % použitého paliva, z toho jen 2/3 jsou štěpitelné izotopy. Dá se říci, že na celém světě se v použitém palivu vyjme z reaktorů ročně asi 70 tun plutonia. Přepracováním paliva se dá využít nejen zbylý uran, ale i plutonium, a z MOX paliva následně vyrobit další elektřinu. Recyklací se tak zvýší využití původního uranu o 22 %!

Jaderné reakce v uranovém palivu (uvažujeme vyhoření 45 000 MWdní na tunu, neuvažujeme minoritní aktinidy)

Separovaný uran a plutonium spolu s plutoniem z likvidovaných jaderných zbraní může nahradit celosvětovou potřebu čerstvého uranu na tři roky.

Použití paliva MOX

MOX palivo bylo poprvé zkušebně použito v roce 1963, ale komerčně se používá až od osmdesátých let. Do současnosti se vyrobilo asi 2000 tun MOX paliva. Používá se ve více než 30 reaktorech (většinou takovodních, ale i ve varných) v Belgii, Švýcarsku, Německu, Francii a Japonsku, zkušebně v USA. Dalších asi 10 reaktorů má licenci k jeho použití. MOX tvoří obvykle třetinu vsázky v aktivní zóně. Japonsko plánuje dokonce 100% MOX vsázku do svého 1383 MW reaktoru v elektrárně Ohma. S MOX palivem se počítá i v pokročilých reaktorech EPR a AP1000. Použití až poloviny vsázky MOX paliva nemění provozní charakteristiky reaktoru, ale používá se více řídicích tyčí.

Výhodou MOX paliva je, že koncentrace štěpitelné složky se může snadno zvýšit přidáním plutonia, zatímco obohacení uranu izotopem 235 vyjde dráž. Přepracování použitého paliva a separace plutonia se stává výhodnější, pokud ceny uranu rostou, výroba MOX také snižuje množství vysokoaktivních odpadů. Ze sedmi palivových kazet s UO2 se dá vyrobit jedna kazeta s MOX palivem plus vitrifikované zbytky, a množství jaderných odpadů, které bude potřeba trvale uložit se tak sníží na 35 %.

Recyklace

Prvním krokem v přepracování použitého paliva je oddělení plutonia a 96 % zbylého uranu od štěpných produktů, v dalším kroku oddělení plutonia od uranu. Oxid plutonia se pak smíchá z ochuzeným uranem, který zbyl po obohacování. Tím vznikne MOX, směs UO₂+PuO₂.  Se 7 %  plutonia je ekvivalentní UO₂ obohacenému na  4.5 % ²³⁵U. „Zbraňového“ plutonia stačí do směsi asi jen 5 %.

Jaderné reakce v MOX palivu (uvažujeme vyhoření 45 000 MWdní na tunu, neuvažujeme minoritní aktinidy)

MOX palivo se při přepracování musí vyrobit co nejrychleji, aby se předešlo problému s rozpadem krátkodobých izotopů plutonia. Např. ²⁴¹Pu s poločasem 14 let se přeměňuje na americium 241, které je silným zářičem, hrozilo by tedy riziko pro pracovníky přepracovacích závodů.  

Výroba MOX

V současné době produkují MOX přepracovací závody ve Francii a v UK, od roku 2015 by ho mělo vyrábět i japonské Rokkasho. V Savannah River v USA se takový závod staví (Mixed Oxide Fuel Fabrication Facility - MFFF), měl by zpracovávat hlavně plutonium z vyřazených zbraní. Ročně se dnes vyrábí asi 250 tun MOX pro lehkovodní reaktory.

Rusko je dnes průkopníkem výroby MOX paliva pro rychlé reaktory a v dlouhodobých plánech má novou generaci rychlých reaktorů spalujících právě MOX.  Rychlý reaktor BN-800 s výkonem 800 MW se staví v Bělojarsku na Urale. V další dekádě by mělo MOX palivo nahradit až 5 % světových potřeb čerstvého jaderného paliva.

Přepracování přepracovaného

také použité MOX palivo se dá přepracovat. Že to jde, předvádějí od roku 1992 ve Francii v závodě La Hague, v roce 2004 už jako kontinuální proces. Nicméně zatím se počítá s ukládáním použitého MOX paliva a vyčkáním na čtvrtou generaci rychlých jaderných reaktorů. Rusko rozvíjí od počátku devadesátých let program přípravy thorium-plutoniového paliva a to zejména ve snaze využít plutonia z vyřazovaných jaderných zbraní. Odhaduje se, že v Rusku je 150 tun „zbraňového“ plutonia. Jeho využití by nemělo křížit plány výroby MOX paliva z použitých reaktorových článků.

Autorkou je Ing. Marie Dufková, zpracováno podle podkladů World Nuclear Association