Vědci z brněnské techniky spustili novou experimentální smyčku pro výzkum v oblasti jaderné energetiky. Díky ní mohou získat více informací o potenciálních havarijních stavech v jaderném reaktoru.

Umožní jim například simulovat tzv. krizi varu, kdy dochází k prudkému nárůstu teploty a hrozí propálení palivového proutku, ve kterém je uložené jaderné palivo.

Zařízení s danými parametry je jediné v Česku, podobné mají k dispozici např. odborníci v Japonsku, Švédsku či Jižní Koreji.

„V jediném jaderném reaktoru jsou uloženy desítky tisíc palivových proutků. V palivu uvnitř probíhá štěpná reakce, která způsobuje silné zahřívání proutku. Mezi nimi jsou přitom jen milimetrové mezery, kterými proudí voda a ochlazuje je.

V případě nedostatečného chlazení může dojít k jejich přehřátí a tzv. krizi varu. To se samozřejmě běžně nestává, je to však součástí hodnocení bezpečnosti jaderného reaktoru. Teoreticky může dojít k tomu, že selže chladicí systém, proto potřebujeme vědět, kdy k takové situaci může dojít a jak se pokrytí palivového proutku v takové chvíli chová,“ vysvětlil potřebu experimentálních smyček Karel Katovský z Fakulty elektrotechniky a komunikačních technologií VUT.

Při experimentech vědci postupně smyčku zahřejí na 110 °C. V momentě, kdy dojde ke kritickému zahřátí palivového proutku, žhavé místo se rozsvítí a zařízení se automaticky vypne. „Zatímco u nás v primárním okruhu přivádíme zařízení k varu, v opravdové tlakovodní jaderné elektrárně rozhodně vřít nechtějí. To už je havarijní stav,“ upozornil Katovský.

Kromě toho vědci z brněnské techniky mohou nyní zkoumat i různé materiály pro výrobu palivových proutků. „Na světě je nyní v provozu 444 jaderných reaktorů, z nichž většina používá jako materiál na pokrytí palivových proutků slitiny zirkonia.

To má obecně dobré vlastnosti, ale při havarijním stavu zirkonium reaguje s přehřátou vodní parou a vzniká vodík. Lidé si možná, bohužel, vybaví ty efektní výbuchy reaktorových hal ve Fukušimě před devíti lety, které způsobil právě nahromaděný vodík,“ poukázal na další sféru výzkumu Karel Katovský.

Řada výzkumníků proto nyní hledá nové způsoby, jak této reakci zirkonia zabránit a přichází s novými materiály či povrchovými úpravami, které je třeba otestovat. I v tomto může pomoci zařízení z VUT.

„Při první sadě experimentů jsme studovali kritické tepelné toky na niklové superslitině, což je velmi drahý a stálý materiál použitelný pro různá extrémní prostředí. Naše pokusy s tímto materiálem a na námi sledovaných parametrech byly první svého druhu na světě,“ doplnil Kamil Števanka, doktorand pracující na experimentální smyčce v rámci své disertační práce.

Vědci z Ústavu elektroenergetiky dlouhodobě spolupracují nejen s největší jadernou univerzitou ve Spojených státech Texas A&M University, ale také např. se Spojeným ústavem jaderných výzkumů v ruské Dubně.

Čeští energetici si letos navíc připomínají výročí 35 let od připojení prvního dukovanského jaderného bloku k síti.