Není malta jako malta

Vysoko v budově Tokamaku ITER, který se právě staví v jižní Francii, se nacházejí speciální místnosti s citlivou elektronikou. Ta vyžaduje ochranu před neutronovým a gama zářením, které bude ITER za provozu produkovat, a které by elektronické součástky mohlo časem degradovat nebo způsobit softwarové chyby. Řešení? Zbrusu nová malta pro speciální místnosti! Srdce nadšených domácích kutilů by nad ní zaplesalo!

„Když není proveditelné přemístit citlivé zařízení mimo tokamak nebo implementovat radiační kalení elektronických součástek a obvodů, je naší hlavní strategií dodatečné stínění ke zmírnění radiačních rizik,“ říká Moustafa Moteleb, stavební inženýr v projektu Civil Engineering Interface Project. „Proto jsme vytvořili specializovanou maltu, resp. podlahovou směs.“

Speciální směs pro ITER

V lednu 2026 byla tato nová malta vyrobená pro ITER poprvé namíchána a použita ve dvou místnostech SIC (Safety Important Component) nacházejících se v 5. patře budovy Tokamaku. V těchto místnostech bude umístěno přístrojové a řídicí zařízení a už dnes jsou tyto místnosti chráněné před zářením.

Společnost ITER uzavřela smlouvu se společností Lemer Pax, francouzskou společností zabývající se radiační ochranou, na vývoj první malty svého druhu s názvem Borated MORTAR 075. Malta sice používá standardní cement, ale obsahuje dosud zcela neznámou směs kameniva s optimalizovaným obsahem vodíku pro zpomalení neutronů a s obsahem boru, který absorbuje neutrony. Má také mnohem nižší hustotu než standardní malta, protože musí splňovat povolené zatížení budovy.

„Směs je velmi speciální kombinací,“ vysvětluje Fady El Haber, expert na materiálové vědy ze společnosti Lemer Pax, který se podílel na vývoji složení malty. „Při jaderné fúzi je vysoký tok neutronů, takže pro účinnou radiační ochranu je potřeba vysoký obsah vodíku. Museli jsme také zachovat požární odolnost a respektovat nízkou specifickou hustotu na metr čtvereční kvůli hmotnostním limitům.“

Celkem bylo nalito 48 m³ malty, aby se na podlahách obou místností vytvořila 20 cm tlustá vrstva pro ochranu před zářením. Práce byly zadány výše zmíněnou společností Lemer Pax italské společnosti Monsud. Začaly věžovým jeřábem, který zvedl 100kilogramové pytle s kameninovou směsí na střechu budovy, kde se smíchala s vodou a cementem. Poté se směs čerpala 100 m dlouhou trubkou dolů do místností SIC. Posledním krokem bude přidání 3 až 5milimetrové vrstvy hydrofobního nátěru.

Obecná fakta o způsobech ochrany elektroniky před ionizujícím zářením

Řešení tohoto problému je nesmírně důležité v kosmických lodích a sondách, ale také v jaderných elektrárnách, zařízeních urychlovačů, průmyslových a medicínských ozařoven i vojenské technice.

Elektronika se před neutronovým a gama zářením chrání kombinací materiálového stínění, konstrukčních úprav a použitím radiačně odolných součástek. Každý typ záření interaguje s hmotou jinak, takže vyžaduje jiný přístup.

Ochrana proti gama záření

Gama záření je proud fotonů, je velmi pronikavé. Cílem stínění je zeslabit jeho intenzitu pomocí materiálů s vysokým protonovým číslem. Klasickým řešením je olovo, které má vysokou hustotu, je však příliš těžké pro použití v kosmu. Ještě hustší je wolfram, používá se tam, kde je málo místa. Levnějším řešením je ocel, používá se ve vícevrstvých konstrukcích. Pro velké objemy (např. reaktorové budovy) se užívá beton. Nejčastější strategií je vrstvené stínění (např. wolfram + hliník pro mechanickou ochranu), umístění elektroniky za konstrukční prvky (stěny, nádrže, vodní štíty) a minimalizace přímé linie výhledu na zdroj záření.

Ochrana proti neutronům

Neutrony nenesou náboj, takže snadno pronikají vším a způsobují aktivaci materiálů i poškození polovodičů. Jako materiály vhodné pro stínění neutronů se používají: polyetylén (PE) — bohatý na vodík (jádra atomů vodíku, protony, jsou přibližně stejně velká jako neutrony, takže je srážkami účinně zpomalují). Borovaný polyetylén — zachytává neutrony díky obsahu bóru. Výborným stíněním je voda, používá se např. v reaktorových bazénech. Grafit je dobrý moderátor, ale je méně vhodný pro kompaktní stínění.

Hlavní strategií je kombinace moderátoru, který zpomaluje neutrony, a absorbéru, který je pohlcuje, nebo umístění elektroniky mimo přímý tok neutronů (např. za vodními nádržemi).

Radiačně odolná elektronika (Rad‑Hard)

Když stínění nestačí, používají se speciální součástky, např. SOI (Silicon-on-Insulator), odolnější proti ionizačním účinkům, GaN a SiC tranzistory s vyšší odolností proti záření i teplotám, zvětšené geometrie tranzistorů méně citlivé na jednorázové poruchy, ECC paměti schopné automatické korekce chyb způsobených zářením.

Dalšími možnostmi jsou konstrukční a systémová opatření. Např. oddělení citlivé elektroniky od zdrojů záření, optické nebo galvanické oddělení signálů, stíněné kabely a minimalizace délky vedení, záložní systémy a pravidelná výměna modulů podle licenčních požadavků.