10 let od Fukušimy

Byla mj. i inspirací pro projekt českých výzkumníků, jehož výsledkem je řešení, jak zvýšit životnost palivových článků a tím i bezpečnost jejich provozu. Fukušimský incident odstartoval úsilí, jak snížit množství generovaného vodíku, který pak může způsobovat exploze. Jednou z cest je úprava paliva tak, aby při vyšších teplotách nezačalo oxidovat a vytvářet vodík. Právě na tuto problematiku se zaměřili vědci z ČVUT a tamního Českého institutu informatiky, robotiky a kybernetiky (CIIRC) a Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR.
Prvotním cílem výzkumu bylo omezit, případně zamezit, vysokoteplotní oxidaci zirkonia při havarijních stavech s teplotami nad 800 °C, kdy se během exotermické reakce uvolňuje obrovské množství tepla, ale i vodíku, který může explodovat, a zkorodované zirkoniové tyče pak mohou popraskat a uvolnit radioaktivní látky do primárního okruhu. Uvolňování tepla také komplikuje chlazení aktivní zóny a posiluje další vysokoteplotní oxidaci zirkoniové slitiny.
„Naše řešení je založeno na pokrytí povrchu palivových článků tenkou polykrystalickou vrstvou z diamantových nanokrystalů, která zhoršuje podmínky pro korozi zirkoniového substrátu v jaderném reaktoru, a to dokonce o desítky procent. Antikorozní efekt polykrystalického diamantového povlaku je velmi specifický: kromě omezení přímého kontaktu kovového substrátu s okolním prostředím dochází při zvyšující se teplotě k průniku uhlíku z diamantové vrstvy do substrátu a mění jeho fyzikální i chemické vlastnosti. To snižuje pravděpodobnost koroze zirkonia a průniku vody, resp. vodíku do zirkoniového povrchu. Řešení funguje jak za standardních, tak i havarijních teplot,“ vysvětluje doc. Irena Kratochvílová z Fyzikálního ústavu AV ČR.
Jak uvedl docent Radek Škoda, působící nyní na CIIRC ČVUT, pokud by tato technologie byla k dispozici v době fukušimské havárie, mohla by pomoci oddálit explozi palivových tyčí až o hodinu, což by poskytlo cenný čas k provedení nouzových operací, které by možná pomohly zabránit kritickým momentům, jež vedly k destrukci v takovém rozsahu.
Tato technologie však nezajištuje „jen“ ochranu palivových článků, ale výrazně také prodlužuje životnost paliva v reaktoru, takže při výrobě paliva lze ušetřit třeba 20 %. Potvrdil se i značný potenciál tohoto řešení za pracovních teplot reaktoru, čímž se prodlouží doba použití paliva, které se nyní odstraňuje z reaktoru z důvodu zkorodovaného povrchu, nikoli vyhoření.
V rámci ČR bylo inovativní řešení patentováno v roce 2015, o pět let později pro Evropu, a letos i v USA, což otevírá možnost aplikovat tuto technologii i na největším jaderném trhu, kde je dnes nejvíce reaktorů na světě (94 provozovaných a 2 ve výstavbě) o celkovém výkonu téměř 100 000 MWe, na něž připadá ca 30 % veškeré světové produkce energie vyrobené jadernými elektrárnami. Všechny tyto reaktory jsou lehkovodního typu, kde lze použít řešení chráněná v uznaném patentu.

Andrea Vondráková

Publikováno: 26. 5. 2021 | Počet zobrazení: 482 118