Martin Ševeček z Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT v Praze se svým týmem úspěšně otestoval materiály pokrytí jaderného paliva, které mohou poskytnout provozovatelům ekonomický benefit, a v krajním případě i dodatečný čas pro zvládnutí jaderné havárie. Poslední rok podroboval zkouškám různé varianty palivových proutků na MIT, jedné z nejlepších technických škol na planetě.
Výsledky několika běžících projektů týmu Martina Ševečka z FJFI dopadly skvěle - a jeden z nich bude využit v amerických jaderných reaktorech. Jde o trubičky ze zirkoniové slitiny s povlakem na bázi chromu a niobu, které chce převzít americká firma vyrábějící palivo pro varné reaktory pro komerční uplatnění.
„Důležité pro mě je, že v rámci veřejně financovaných projektů jsou naše materiály otevřené, takže výsledky, na rozdíl od průmyslových řešení, půjdou volně do světa," popisuje zkušený jaderný inženýr. „Mohli bychom to řešení prodat, ale získání patentové ochrany trvá několik let s nejistým výsledkem. Takhle jsme navázali spolupráci s komerčními výrobci paliva, kteří mohou do dalšího výzkumu dát peníze i zahraničním vědcům - na rozdíl od amerického ministerstva energetiky, které mimo Spojené státy nemůže dát ani cent," vysvětluje Ševeček.
Co přesně si pod pokrytím jaderného paliva představit? „Palivová tyč je složená z pelet obohaceného uranu uzavřených v kovovém pokrytí, které je typicky ze zirkonia. My vylepšujeme zejména to pokrytí, které představuje hlavní bariéru mezi radioaktivními látkami a okolním prostředím. Je to tedy pokrytí z klasické zirkoniové slitiny s kombinací ochranných povlaků, případně kompletní nahrazení zirkonia novým materiálem," popisuje Ševeček.
-s-nekolika-vrstvami.jpg "Koncept palivové trubičky na bázi SiC (karbidu křemíku) s několika vrstvami")
Ekonomika až na prvním místě
Hlavní cíl této snahy je jasný - zvýšení efektivity a bezpečnosti. „Toho dosáhneme zlepšením korozních vlastností zejména při vysokých teplotách očekávaných při těžkých haváriích a s tím souvisejícím snížením tvorby vodíku, který byl problematický ve Fukušimě," říká vědec. Sám ale dodává, že ani sebelepší palivo nezabrání havárii podobné té japonské v roce 2011, pokud není speciálně upravený i samotný reaktor.
„Pokud použijete naše povlaky v kombinaci s optimalizovanou konstrukcí reaktoru, tak se dostanete na úroveň bezpečnosti, která by důsledky fukušimských událostí omezila," dodává Ševeček.
Firmy většinou tlačí na ekonomickou stránku věci, a tady mají tzv. ATF (Advanced Technology Fuels) velkou výhodu, protože umožňují efektivnější využití paliva. „V praxi to znamená, že ze stejného množství materiálu může provozovatel na konci dostat více výkonu, tedy elektřiny, a to až o dvacet procent," vysvětluje výhody mladý vědec.
Běh na dlouhou trať
Všechno kolem jádra je hodně konzervativní obor, podobně jako třeba letectví. Než se začne používat něco nového, musí to projít stovkami testů. A to není ani levné, ani rychlé.
„Některé jevy se projevují v rámci sekund, u jiných je třeba dělat testy roky za provozu v reaktoru. Experimenty jsou korozní, mechanické, studujeme termofyzikální vlastnosti, radiační poškození... Plus se k tomu dělají výpočty, design a úprava experimentů, vyhodnocení výsledků z těch experimentů a reporting do článků nebo prezentací," vyjmenovává Ševeček postup testování. Materiál, o kterém píšeme, například strávil rok v reaktoru na Massachusettském technologickém institutu (MIT) v USA.
Tady se ale ukazuje síla mezinárodní spolupráce, kterou v současné době zastřešují Američané. „Největší hodnotu pro mě mají zkušenosti a kontakt s nejlepšími lidmi v oboru. Naše řešení může přispět k vývoji nových metodik hodnocení chování paliva a poskytne unikátní data publikovaná ve vědecké literatuře, která posunou oblast dál," říká Ševeček.
Mimochodem, ve vývoji ATF není tento odborník žádný nováček - už předloni získal ocenění v kategorii bezpečnosti reaktorových systémů od Evropské komise v Nuclear Innovation Prize za vedení vývoje podobné materiálové inovace nazvané MultiProtectFuel.
Česká účast na podobném výzkumu otevírá navíc tuzemským vědcům a studentům dveře k dalším perspektivním projektům spojeným s jadernými obory - počínaje vývojem malých modulárních reaktorů (SMR) až k jaderným aplikacím ve vesmíru. Konkrétních obrysů nabývá aktuálně spolupráce na jaderných kosmických pohonech, reaktorech pro základny na Měsíci a Marsu, nebo na vývoji radioizotopových generátorů.