Česká věda si může připsat další úspěch. Tým vedený docentkou Irenou Kratochvílovou a Františkem Fendrychem z Fyzikálního ústavu Akademie věd České republiky představil nový způsob ochrany palivových tyčí v jaderných reaktorech pomocí pokrývání jejich povrchu polykrystalickou diamantovou vrstvou. Tato ochrana výrazně zvyšuje bezpečnost elektráren. Podle docenta Radka Škody ze Strojní fakulty ČVUT, který si s Blesk.cz o technologii promluvil, mohla být nápomocná i v japonské elektrárně Fukušima. Technologie by se navíc měla začít používat do několika let. Kromě většího bezpečí s sebou nese i významné snížení nákladů na provoz jaderných elektráren.
Technologie pokrývání polykrystalickou diamantovou vrstvou se používá k povrchové úpravě zirkonia, k čemu ale zirkonium v jaderných reaktorech slouží?
Zirkonium se používá k udržení uranu v reaktoru v ideálním tvaru. Vyrábí se z něj trubičky, které jsou asi čtyři metry dlouhé a v průměru mají asi centimetr. Do těch se následně dává uran, ze kterého štěpením vznikají různé další radioaktivní látky. Tyto trubičky tak zajišťují, že se rozštěpený uran nedostane do vody.
Zirkonium je ale samo o sobě poměrně odolné vůči korozi, vaše technologie by ji měla dále zpomalit, je to vůbec nutné?
Ano, v reaktoru i při běžném provozu panují extrémní podmínky. Teplota tam dosahuje asi 300 stupňů Celsia, navíc tam je tlak asi 160 atmosfér. V takovém prostředí vám ty
Takže by se tím zvýšilo i množství elektřiny, kterou jsme schopni získat z paliva?
Přesně tak, v současnosti jsme schopni rozštěpit jen několik procent uranu, který je v palivových článcích. Pokud bychom mohli nechat jeden palivový článek v reaktoru o dva roky déle, tak bychom z něj samozřejmě získali i více energie.
Jenom pro představu, palivo pro jeden temelínský reaktor vyjde asi na jednu miliardu korun za rok. Pokud bychom díky naší technologii prodloužili dobu, po jakou může být jedna dávka v reaktoru, tak by to představovalo enormní úsporu.
Zlepšila by vaše technologie i bezpečnost jaderných reaktorů?
Ano, lepší ekonomie je jenom jedním rozměrem našeho výzkumu. Tím druhým je samozřejmě bezpečnost. Když by se v reaktoru, nedej bože, stala nějaká nehoda, třeba, jako se stala ve Fukušimě, tak vám v reaktoru ještě více vzrostou teploty. Třeba na 1000 stupňů, nebo výš.
Jak by tedy vaše technologie pomohla při havárii ve Fukušimě?
Ve Fukušimě byl ten problém, že když se palivo extrémně zahřeje, tak zirkonium z palivových tyčí začne reagovat s vodou a začne vznikat vodík. Ten následně v tamní jaderné elektrárně vybuchl. Tím, že mi na palivové tyče naneseme náš povrch, tak můžeme prodloužit dobu, kterou zirkonium v přehřátém reaktoru vydrží, aniž by začalo reagovat, minimálně o hodinu a půl. Lidé v elektrárně by tak měli víc času se situací něco udělat.
Jak tedy funguje vaše technologie, která zvyšuje odolnost zirkonia?
Jde o polykrystalickou diamantovou vrstvu, což je speciální kombinace mikroskopických diamantů a grafitu, kterou jsme schopni nanést na povrch. Díky tomu, že jsou tam spojeny obě formy uhlíku, tak máme materiál, který je pevný a zároveň pružný, takže na zirkoniu vydrží i při změně teplot.
Korozi to tedy brání především tím, že vznikne vrstva mezi zirkoniem a vodou?
Ano, navíc pod touto tenkou vrstvou uhlík i lehce proniká do zirkonia, takže pod naším materiálem vzniká malá vrstva karbidu zirkonia, který proti oxidaci rovněž pomáhá.
To všechno brání tomu, aby zirkonium oxidovalo a docházelo i k dalším chemickým procesům. Takže jsme schopni životnost zirkonia palivových tyčí prodloužit o jeden až dva roky v normálním a o hodinu a půl až dvě hodiny v havarijním stavu.
To zní zajímavě, neprodražila by ale taková technologie výrobu paliva?
Podle toho, co jsme spočítali, tak by takto upravené palivo na výrobu zdražilo o méně než procento.
zirkoniové trubičky zkorodují o 17 procent za pět let a potom se musejí vyměnit. My víme, že naší úpravou to jsme schopni prodloužit minimálně o dva roky.