Horké komory (laboratoře) jsou určené k bezpečné práci s vysoce radioaktivními materiály. Konstrukce a vybavení horkých komor umožňuje provádět poradiační testování ozářených materiálů (např.: tlakové nádoby, vnitřní vestavby reaktorů, pokrytí paliva). V rámci projektu SUSEN byl vybudován komplex 10 nových horkých komor a jedné polohorké komory.
Společnost Centrum výzkumu Řež (CVŘ) v rámci projektu SUSEN (Udržitelná energetika) představuje koncept nového komplexu horkých komor, který má sloužit k přípravě vzorků a testování ozářených radioaktivních materiálů.
Horké a polohorké komory budou vybaveny experimentálním zařízením pro analýzu radioaktivních materiálů, jako je zařízení pro příjem radioaktivních materiálů vstupujících do horkých komor (měření aktivity, rozměrů, hmotnosti), technologiemi pro komplexní zpracování vzorků (řezání, svařování, obrábění) a zařízením pro mechanické zkoušky (deformační zkoušky, únava, creep atd.), stejně jako studium mikrostruktury materiálu (stav mikrostruktury, nanotvrdost, chemické složení, určení typu lomu). Horké komory (HK) jsou rozděleny na 8 gama komor a 2 alfa komory. Naše zařízení umožňuje práci s radioaktivními materiály s aktivitou až 300 TBq 60Co a s rozměrem vzorků až 2 CT (120 × 124 × 50 mm).
STÍNĚNÍ
Unikátní design HK umožňuje rozdělit jejich stínění do dvou základních částí: stínicí část a hermetický box. Uvnitř stínicí části (stěny a okna), která chrání pracovníky HK před radioaktivním zářením, je umístěn hermetický box. Ten slouží jako bariéra proti šíření radioaktivních aerosolů a kontaminace. Je vyjímatelný a umožňuje velmi rychlou výměnu technologie uvnitř.
Stínicí část Veškeré biologické stínění (obr. 1) je vyrobeno z 2000 tun oceli. Vnější stěna stínění má tloušťku 500 mm, vnitřní stěna mezi HK 300 mm s možností rozšíření až do 500 mm. Strop stínění má 400 mm a podlaha stínění 300 mm. Detail designu konstrukce biologického stínění navrhl dodavatel. Celé stínění je tvořeno z jednotlivých modulů, každý váží přibližně 20 t a je vyroben ze 100 mm širokých ocelových plátů, které jsou k sobě svařeny. Vnější stěna má 5 odsazení, aby se zabránilo pronikání gama paprsků přes stínění. 
Veškeré práce (design, svařování, montáž) provedla firma Chemcomex, ve velmi krátkém čase, přibližně 11 měsíců. Na konci loňského roku proběhl závěrečný test s radioaktivním zdrojem pro prokázání stínicích účinků. Tento test ověřil, že stínění je plně funkční a práce v HK je bezpečná.
RADIAČNĚ ODOLNÉ PRŮZORY
Umožňují přímý pohled do vnitřku horké komory. Vysoké požadavky jsou kladeny na průhlednost skla a velké pozorovací úhly. Průzory jsou složeny z více vrstev stabilizovaného olovnatého skla (obr. 2) a chrání obsluhu před účinky ionizujícího záření. Jejich stínicí účinek je ekvivalentní stěně z 500mm oceli. Rozměr průzoru v kontrolní místnosti je 800 × 600 mm a tloušťka průzoru 900 mm. Výrobcem průzorů je společnost Saint-Gobain SOVIS, dodavatelem NUVIA.
MANIPULÁTORY
Jde o důležité prvky HK (obr. 3), protože se používají pro dálkové a precizní práce v HK a kopírují pohyb ruky operátora za stíněním uvnitř boxu. Každá komora je vybavena dvěma ručními manipulátory tipu Master/Slave s tříkloubovým mechanismem. Manipulátory můžou zvednout až 5 kg váhy a jejich rozsah je téměř celé pracovní místo v horké komoře (boxu). Výrobcem manipulátorů je společnost Wälischmiller Engineering, dodavatelem opět NUVIA.
Hermetická část – ocelový box V každé HK je vyjímatelný hermetický box z nerezové oceli (obr. 4), coby první bariéra pro radioaktivní aerosoly. Základní dělení boxů je na gama a alfa dle druhu záření, které bude v dané komoře dominantní. V gama boxu to budou převážně radionuklidy 54Mn, 59Fe, 58Co, 60Co, 99Mn, 137Cs a v alfa boxu 241Am, 238U, 235U, 232Th.
V každé komoře je pracovní podtlak, který řeší případné malé netěsnosti, v gamakomorách –150 Pa a v alfakomorách –500 Pa. Alfakomory vyžadují vysokou míru vzduchotěsnosti a v případě nehody se všechny systémy uvedou do stavu pohotovosti. To znamená, že uvnitř alfa boxu bude podtlak –3500 Pa. Tento stav byl testován na prototypu boxu. V průběhu testu se sledovaly netěsnosti a strukturální stabilita hermetického boxu. Test prokázal, že sledované parametry odpovídají požadavkům na konstrukci.
Další test se zaměřil na maximální vnitřní zatížení (statické a dynamické). Box byl navržen tak, aby unesl zátěž o hmotnosti 7 t (3,5t box a 3,5t zařízení). Byl zatížen do celkové hmotnosti 8 t a následně bylo provedeno 50 zvedacích cyklů do výšky 4m jeřábem. Opět nebyly nalezeny žádné strukturální nestability nebo plastické deformace. Po těchto dvou zkouškách byla konstrukce prototypu schválena a oddělení dílen CVŘ zahájilo výrobu 12 boxů (10 gama, 2 alfa).
Každý box má na dně čtyři průchodkové desky, kterými prochází veškeré napojení boxu a je utěsněno radiačně odolným tmelem. Jmenovitě elektřina, senzory, kamery, ovládací vodiče, plyny, chladicí systémy, aktivní vzduchotechnika a kapalný radioaktivní odpad.
ŘÍDICÍ SYSTÉM A SYSTÉM RADIAČNÍ OCHRANY
Veškeré důležité provozní údaje jsou shromažďovány v centrálním řídicím systému pro každou HK. Systém sleduje podtlak, teplotu, úroveň radiace, ventily a polohu zařízení pro přenos materiálu v každé komoře. Veškeré tyto informace sleduje operátor každé komory a v případě potřeby je možné přímo řídit ventilační systém a dokonce zahájit výjimečný stav. Systém má hlavní obrazovku umístěnou v zasedací místnosti, kde jsou zobrazeny všechny informace ze všech komor. Systém komunikuje a vyměňuje si informace s aktivní ventilací, kamerovým systémem, některými technologiemi a systémem radiační ochrany. Dodavatelem je společnost ZAT.
Systém radiační ochrany je oddělen a má individuální systém s on-line sledováním a vyhodnocením. Každá HK je vybavena sondami dávkového příkonu. Jedna je přímo uvnitř HK a druhá se nachází v kontrolní místnosti. Další sondy jsou umístěny v budově na potenciálně nebezpečných místech (např. Skladování pevných radioaktivních odpadů). Tyto sondy také měří a vyhodnocují objemové aktivity v ovzduší v budově. Ochranný radiační systém plně kontroluje nádrže na kapalné radioaktivní odpady. Sonda pro měření objemu aktivní kapaliny je instalována v každé nádrži. Dodavatelem je společnost VF.
Díky oběma těmto systémům máme neustálý přehled o bezpečnostní situaci v celé budově.
TECHNOLOGIE
Uvnitř každé HK je umístěn stroj, který je speciálně upraven do radiačního prostředí. Úpravy spočívají především v rozdělení stroje na tři základní části, tj. samotný stroj, který je uvnitř komory, napájecí část pod komorou za stíněním a řídicí část za stíněním v kontrolní místnosti pro vzdálenou obsluhu stroje operátorem. Je především důležité, aby náchylná elektronika na ionizující záření byla za stíněním, mimo komoru. Stroj uvnitř HK také musí být z materiálů se zvýšenou odolností proti ionizujícímu záření, tj. převážně kovových (nerezových) materiálů a s hladkým povrchem pro snadnou dekontaminaci. Veškerá kabeláž uvnitř boxů musí být také radiačně odolná a odolat celkové dávce ozáření 9 kGy po dobu životnosti (10 let). A neméně důležité je přizpůsobené ovládání stroje v boxu pomocí kopírovacích manipulátorů.
Komplex nových HK bude uveden do aktivního provozu do poloviny roku 2017. Celý systém je zaměřen na všechny procesy: příjem radioaktivního materiálu, příprava vzorků, mechanické zkoušky a pozorování mikrostruktury. Vzhledem k vysoké stínicí schopnosti biologického stínění budeme připraveni na materiály z jaderných elektráren vyřazených z provozu, jakož i na vysoce ozářený materiál pro aplikaci fúze. Naše horké komory jsou blízko výzkumného jaderného reaktoru LVR-15 a nové kobaltové ozařovny (vysoké ozáření kobaltovým zdrojem ve vysokých a nízkých teplotách, také ve vakuu), která byla postavena v projektu SUSEN. To nám umožní pokrytí výzkumu a vývoje materiálů pro jaderné elektrárny Gen II, Gen III, budoucí jaderné elektrárny Gen IV, fúzní reaktory a materiály pro vesmírné aplikace.
Anna Petříčková
Petr Švrčula
Ondřej Srba
Marek Mikloš
Strukturální a systémová diagnostika, Centrum výzkumu Řež
Prezentované výsledky byly finančně podpořeny Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy
ČR – projekt LQ1603 Výzkum pro SUSEN. Práce se realizovala na velké infrastruktuře Udržitelná energetika (SUSEN) vybudované v rámci projektu CZ.1.05/2.1.00/03.0108.