Sešli se náhodou v letadle. Možná změní jaderné elektrárny

Také se dáváte do řeči s lidmi, kteří sedí vedle vás v letadle? Irena Kratochvílová, docentka z Fyzikálního ústavu Akademie věd České republiky, se při cestě z Londýna zapovídala se svým sousedem, kterého do té doby neznala. Během pár minut přišli na to, jak se dá předcházet úniku radioaktivity při jaderných haváriích, jako byla ta v japonské Fukušimě. Nyní na svůj objev dostali evropský patent.

Vy jste se s Radkem Škodou, vědcem z Českého institutu informatiky, do té doby opravdu neznali?

Ne, nikdy předtím jsme se neviděli. Já byla na cestě z konference v Londýně a náhodou jsme seděli vedle sebe v letadle. Zjistili jsme, že jsme oba Češi, oba z Prahy a oba pracujeme v podobném oboru. A protože v letadle musíte sedět, procházet se příliš nejde, číst se v tom špatném světle příliš nedá, dali jsme se do řeči. On se zabýval materiály pro jaderné reaktory a popisoval mi, jaké mají potíže s jejich korodováním a jak se po havárii ve Fukušimě hledá způsob, jak korozi zamezit. A já si uvědomila, že ve Fyzikálním ústavu máme relativně novou technologii, která umožňuje pokrýt povrch různých materiálů tenkou vrstvou polykrystalických diamantů. Tak jsme se dohodli, že i když to vypadá možná divně, zkusíme to. A ono to zafungovalo.

 

Jaké komplikace způsobuje koroze v jaderné energetice?

V jaderné elektrárně se energie získává z jaderného paliva, které obsahuje obohacený uran. Tato energie se používá k výrobě páry pro pohon turbíny s generátorem. Jaderné palivové články jsou vlastně trubky ze slitiny zirkonia, ve kterých jsou uloženy uranové pelety. V jaderném reaktoru tyto palivové články zahřívají vodu, vzniká pára, která putuje k vodní turbíně s generátorem, vytvářející elektrický proud. Jenže kovové trubky ve vodním prostředí korodují, ztrácejí životnost a v případě havarijních vysokých teplot může dojít k jejich rozpadu.

 

Kdyby palivové články nekorodovaly, nedošlo by roku 2011 k havárii ve Fukušimě?

Ve Fukušimě vypadlo v důsledku zemětřesení chlazení jednotlivých bloků. V přehřátých reaktorech pak došlo k velmi rychlé korozi povrchu palivových článků, čímž se uvolnilo příliš velké množství výbušného vodíku. Následný výbuch reaktoru pak uvolnil radioaktivní materiál do okolí. Od té doby se intenzivně hledají různé způsoby, jak maximálně ochránit povrch palivových článků proti korozi za havarijních teplot. Obecně platí, že snížení oxidace povrchu oddálí výbuch reaktoru, čímž dává obsluze elektrárny šanci zmírnit následky havarijního stavu. Pokud by byly povrchy palivových článků ošetřeny vhodnou antikorozní vrstvou, určitě by se zvýšila šance, že to nedopadne špatně.

 

V letadle jste Radkovi Škodovi řekla „Vypadá to možná divně, ale co kdybychom to zkusili“. V čem byla vaše metoda „divná“?

Všichni se soustředili na vrstvy z keramických či kovových materiálů. Takové, které nepropustí vodu. Můžete si to představit jako klasický nátěr, kterým natíráte zábradlí, aby se voda ke slitině nedostala. Jenže všechny měly jeden problém: při těch opravdu vysokých teplotách zirkoniová trubka mění objem a pevná vrstva na povrchu má tendenci praskat. V okamžiku, kdy taková trhlina vznikne, postupuje koroze kovové trubky pod prasklinou velmi rychle. O polykrystalických diamantech nikdo nepřemýšlel, protože rozhodně nejde o materiál pro vodu neprostupný.

 

Jak bychom si mohli takovou vrstvu polykrystalických diamantů představit?

Polykrystalické diamantové vrstvy se skládají z malých diamantových krystalků, mezi kterými jsou volné, většinou měkkým grafitem vyplněné prostory. Všichni nám říkali, že je to blbost, že je to přece jako materiál „děravé“. Jenže on se zde také při vysokých teplotách uvolňuje uhlík, který vstupuje do podkladového materiálu a mění jeho fyzikální a chemické vlastnosti, čímž omezí oxidaci kovové trubky. Je to úplně jiný postup než „přetření lakem“.

 

Jak dlouho od onoho náhodného setkání trvalo přivést novou myšlenku k životu?

Potkali jsme se v roce 2013. Nemuseli jsme nic vyvíjet, stačilo jen nápad otestovat. Žádost o český patent jsme podávali ještě ten rok. A zároveň jsme pokračovali v testech. Nejdříve jsme zkusili, jestli bude polykrystalická vrstva na povrchu palivových článků držet a jaká bude její antikorozní funkce při vysokých teplotách v přehřáté páře. Testy probíhaly u nás a v německém Karlsruhe. Zkoušeli jsme například vzorky na jednu hodinu zatížit v tisíci stupních Celsia či na hodinu a půl v osmi stech stupních. To jsou extrémní teploty odpovídající havarijním stavům v reaktoru. Když jsme zjistili, že to opravdu funguje, pokračovali jsme v testování ve spolupráci s americkou firmou Westinghouse. Tyto testy už byly za provozních teplot reaktoru, zhruba 300 až 400 stupňů Celsia, a probíhaly v letech 2014 až 2016 v zařízení, které simuluje jaderný reaktor. Při jednom z testů byl tento materiál v reaktoru celých dvě stě dnů.

 

Jak se nový povrch osvědčil za tohoto „běžného“ provozu?

Tam se snížila koroze o čtyřicet procent. Pokud jsme testovali korozi palivových článků, pokrytých dvěma vrstvami, kdy spodní byla polykrystalická diamantová a svrchní tvořila slitina chromu, snížila se koroze oproti standardnímu článku dokonce o osmdesát osm procent. O tolik se zvýší díky nové izolaci životnost palivových článků v běžném provozu. Ona je to totiž životnost právě palivových tyčí, která určuje, kdy se musí palivo vyměnit. Zatímco uvnitř ještě palivo není zcela vyhořelé, trubka začne korodovat a palivo se musí z bezpečnostních důvodů zlikvidovat.

 

Vy jste získali český patent už v roce 2015, evropský až v těchto týdnech. Proč se tato technologie nevyužívá už nyní?

Patent je sice v Česku platný už déle, ale nemáme tu žádné výrobce palivových článků. V minulosti tu byli, ale dnes se vyrábějí jen v zahraničí. Příslušné oddělení ve Fyzikálním ústavu, které se zabývá prodejem licencí, nyní začíná s naším objevem oslovovat případné zájemce.

 

Jak finančně náročná vaše technologie je?

Vrstva se sice skládá z diamantů, takže se může zdát, že budou velmi drahé, ale tento diamant se vytváří z metanu a je nakonec levný. Základ technologie, kterou používáme, pochází z osmdesátých let minulého století. Podle výpočtů zvýší naše ochranná vrstva celkovou cenu palivových článků o jednotky promile.

 

Má váš objev podle vás potenciál k tomu, aby změnil jadernou energetiku?

Pokud se bude náš patent používat, prodlouží životnost palivových tyčí, čímž zlevní provoz. Důležitější je však podle mne onen bezpečnostní aspekt. I když k opravdovým haváriím, jako byla ta v jaderných elektrárnách v Černobylu či Fukušimě, dochází skutečně velmi zřídka, je bezpečnost jaderných elektráren okolností, které je věnována nejvyšší pozornost. Takže jakékoli zvýšení bezpečnosti bude podle mě hrát velmi významnou roli.

 

Stává se vám často, že vám náhodné setkání v letadle takto zasáhne do života?

Často ne, ale například v roce 1995 jsem v letadle z Dublinu potkala jednoho muže. Letmo jsme se znali už dříve, ale během tohoto letu jsme si uvědomili, že toho máme společného více, než jsme si mysleli. O čtyři roky později jsme se vzali.

 

 

Reklama
Advertisement
Reklama
Reklama

Sdílení

Reklama

Podpořte nezávislou žurnalistiku

I díky Vám mohou vznikat finančně náročné texty a reportáže v magazínu Reportér.

200 Kč 500 Kč 1000 Kč Jiná částka

On-line platby zajišťuje nadace Via a její služba darujme.cz

Reklama

Mohlo by Vás zajímat

Reklama