Výzkum má pomoci zvýšit bezpečnost jaderných elektráren. Čechům se daří lépe než konkurenci, za pět let by mohla jít technologie do praxe.
Zirkón, tedy drahý kámen sloužící jako náhražka diamantů ve špercích, zná skoro každá dívka ze svých náušnic. Se zirkóniem, exotickým kovem používaným v jaderných reaktorech, se ale v životě běžný smrtelník nesetká. Používá se totiž skoro výlučně na zapouzdření uranu v palivu jaderných reaktorů. A právě toto zirkónium, které v nechlazených havarovaných fukušimských reaktorech za teplot nad 1000 stupňů Celsia začalo vytvářet výbušný vodík, bylo odpovědné za výbuchy, které jsme mohli na jaře 2011 nad Fukušimskou elektrárnou vidět. Od té doby na celém světě zesílil výzkum, jak takovým nehodám zabránit. Američané zkouší k palivu přidat například karbid křemíku, Francouzi chróm. My Češi “si hrajeme” s nitridy, oxidy a nanodiamanty.
Čeští vědci z Fyzikálního ústavu Akademie věd (FÚ AVČR) a Strojní fakulty ČVUT (FS ČVUT) společně vyvinuli a úspěšně otestovali nový typ pokrytí jaderného paliva unikátní tenkou vrstvou nanodiamantu. Nanodiamant nevadí neutronům v reaktoru, je odolný, vede dobře teplo. Prostě se do jaderného reaktoru hodí. Tento postup nejenže řeší problémy “fukušimského typu”, ale navíc i prodlužuje životnost paliva při běžném provozu.
Od patentovaného vynálezu vede ovšem k aplikaci dlouhá cesta. „V ideálním případě by se mohla technologie zavést do praxe v horizontu přibližně pěti let,“ odhaduje Mgr. Barbora Benešová, členka výzkumného týmu, a dodává: „Před konkurencí máme zatím náskok v tom, že testování technologie vychází velmi pozitivně“. Fyzici na FÚ AVČR zkoušejí různé kompozice a tloušťky nanodiamantové vrsty, strojaři na FS ČVUT pak testují výsledný produkt v nehostinném prostředí, se kterým se setkáváme jen v jaderných reaktorech: tlak až 160 barů, teplota 330 stupňů Celsia, rozpuštěný hydroxid lithný nebo kyselina boritá. K tomu navíc silné neutronové a gamma záření. Pro simulaci těchto jevů používají vědci autoklávy na měření rychlosti koroze, urychlovače na ozařování vzorků a všechny moderní materiálové metody od elektronových mikroskopů až po Ramannovu spektroskopii.
Pro simulaci havarijních stavů, které nastaly ve Fukušimě, to ale nestačí. Tam byly teploty mnohem vyšší. Proto si skupina vědců na FS ČVUT postavila vysokoteplotní pec, kde rozpaluje pokryté zirkónium doběla při teplotách až 1 100 stupňů Celsia a fouká na něj páru.
Není to věda jen pro několik vyvolených, v tomto procesu jsou zapojeni přímo studenti Ústavu energetiky FS ČVUT. Zde v rámci oboru Jaderně-energetická zařízení tři diplomanti a čtyři doktorandi nejenže tuto pec sestavili, provozují ji, ale i podali v rámci studia několik patentů a užitných vzorů. „Kolega Jan Škarohlíd začal s výzkumem přibližně před pěti lety a ostatní se postupně přidávají. Já jsem součástí týmu asi tři roky. Jako vystudovaná chemička jsem se do týmu hodila, protože k povlakování jsou samozřejmě potřeba i znalosti z chemie, ne pouze strojařiny,“ komentuje svou roli v týmu Mgr. Barbora Benešová.
Takový výzkum může být příjemným způsobem, jak studenti magisterských a doktorských oborů nejen plní zadání svých studentských prací, ale i publikují výsledky ve vědecké literatuře, prezentují na konferencích a připravují se na budoucí práci. Navíc si mohou i přivydělat v oboru - bez toho, aby museli například po nocích vykládat zboží do regálů, či dělat jinou nekvalifikovanou práci…