Podivuhodný kelímek

Nasimulovat jadernou havárii, poradit si s uložením vyhořelého vysoceaktivního paliva nebo vyrobit syntetický diamant? To zkouší odborníci v Ústavu jaderného výzkumu Řež.

Studené kelímky: tento technologický unikát mají k dispozici výzkumníci v divizi integrity a technického inženýringu v Ústavu jaderného výzkumu Řež (ÚJV) . Zabývají se zde vývojem technologií pro nakládání s radioaktivními odpady a s modelováním havarijních stavů aktivní zóny jaderných reaktorů. (Další výzkumné aktivity ÚJV viz předchozí dvě čísla časopisu.)
Studený kelímek je vlastně malá elektrická pícka, ve které lze tavit materiály v kilogramových množstvích až do teplot tři tisíce stupňů Celsia. Vysoká teplota se přitom soustředí jen do tavené hmoty, kelímek zůstává studený. Předností těchto pícek, které se dají obejmout spojenými palci a ukazováčky obou rukou, je, že se žhoucí tavenina nedotýká povrchu nádoby. „Tím se zajistí vysoká čistota produktu tavení i u vysoce korozivních materiálů. Nepoškozují se totiž stěny tavného kelímku,“ vysvětluje ředitel divize Jiří Žďárek.
V klasické peci by byla výroba příliš drahá, protože by to výstelka stěn dlouho nevydržela. Díky odolnosti se tedy dají ve studeném kelímku zpracovávat i těžko tavitelné keramické materiály pro speciální užití, například v optice a elektrotechnice, nebo se zde dají zkoumat vlastnosti tavenin na bázi oxidu železa, zirkonu a uranu. Ty by vznikly při těžkých haváriích v aktivních zónách atomových elektráren. Divize se totiž zapojila do evropského programu v této oblasti, který se zaměřuje na simulaci havárií v aktivní zóně elektrárny. „Cílem je demonstrovat, že lze tuto hmotu ochladit, zadržet a situaci bezpečně zvládnout,“ říká Žďárek.
Kelímek je také vhodný pro zpracovávání vysoceradioaktivních odpadů – jejich fixaci do skelných nebo keramických matric. V nich může být bezpečně skladován v hlubinných úložištích po dobu až několika tisíc let.
„Některé produkty z kelímku mohou být atraktivní i pro ženy,“ usmívá se Žďárek a podává mi mnohacentimetrový kus křišťálově čistého krystalu. I ten vznikl v této malé peci, postupem zónové krystalizace při teplotě 2800 stupňů Celsia. Je to syntetický diamant, bez speciální techniky ani zkušený odborník nepozná, že nejde o skutečný. Pod obchodním názvem Zirkon se využívá ve šperkařském průmyslu jako náhražka skutečného diamantu. Oproti přírodnímu je zajímavá jeho nízká cena: řádově třicet až sto dolarů za kilogram a také to, že ho lze připravit téměř v jakémkoliv barevném odstínu a sytosti.

Tekutá sůl: palivo budoucnosti
V použitém radioaktivním palivu zůstává dnes přes 90 % energie, rozpad vysoceaktivních prvků trvá statisíce let. Celý svět proto hledá odpověď na otázku, co s ním. O totéž se snaží i v Řeži již zmíněná Žďárkova divize se svým studeným kelímkem, ale také zkoumáním paliva. „Zaměřujeme se na transmutaci, což je technologie, která umožní jaderné spálení paliva tak, že zůstanou pouze krátkodobé či stabilní izotopy,“ říká vedoucí vědecký pracovník v této oblasti Miloslav Hron.
Palivo by v tomto případě však nebylo v pevném skupenství, jak je tomu dosud, ale v kapalném, na bázi taveniny fluoridových solí. Záměr je takový, že palivo po prvním „přepálení“ v aktivní zóně „odteče“ mimo ni a hned se pročistí, přidá se čerstvá složka a vrátí se opět do procesu. Tak bude cirkulovat v primárním palivovém okruhu a průběžně se bude čistit, až se nebezpečné dlouhožijící radionuklidy „spálí“ na stabilní nebo krátkožijící.
Pro to, aby se tato metoda začala uplatňovat v praxi, by však musely vzniknout nové typy reaktorů, které by takové palivo využívaly. „Máme tady proto experimentální smyčku, kde testujeme nové konstrukční materiály a různé komponenty v prostředí taveniny fluoridových solí. Je to totiž velmi agresivní látka, dnešní materiály by doslova sežrala,“ konstatuje Hron.

Autorka je redaktorka týdeníku Ekonom.