JADERNÁ ENERGETIKA V 21. STOLETÍ
Z čeho se skládá svět? Jak vznikl? Jaké sily v něm působí?
Od nepaměti hledají lidé odpovědi na tyto a podobné hluboké
otázky, které nám klade sama příroda. Lidská zvídavost odkryla již řadu
tajemství, ale s každým objevem se vynořují otázky nové a nové. Typickým
příkladem je objev atomového jádra. Byl
učiněn teprve na počátku našeho století. Od té doby také víme, že atomové
jádro je stotisíckrát menší než atom a přitom nese více než 99,95 % jeho
hmotnosti. Již čtyřicet let po objevu jádra se podařilo obrovské jaderné síly
uvolnit. A co nás čeká na prahu nového století ?
Úspěšné spuštění prvních jaderných reaktorů v polovině našeho století
otevřelo lidem netušené perspektivy. Tisk na celém světě nešetřil nadšením:
"Při jaderných reakcích se uvolňuje nesrovnatelně více energie než při
reakcích chemických! Jediný gram jaderného paliva už brzy nahradí mnoho tun
uhlí!" Očekávaný převrat v energetice ovšem nenastal, protože se vynořilo
mnoho technických problémů. Ani dnes, po více než padesáti letech od spuštění
prvního jaderného reaktoru, není v lidských silách energetické možnosti jaderných
procesů zcela využít. Nejsou k tomu vyvinuty technologie a nemáme ani dostatek
potřebných znalostí. V dnešních jaderných elektrárnách proto nahrazuje jeden gram
uranového paliva "jen" asi sto kilogramů uhlí. Pokud se však podaří tento
poměr výrazně změnit ve prospěch teoretických výpočtů, stanou se jaderné procesy
prakticky nevyčerpatelným zdrojem energie.
 |
Do té doby je třeba dořešit také řadu otázek bezpečnostních, aby se sluha,
milionkrát schopnější než oheň, nemohl stát milionkrát horším pánem. Z tohoto
hlediska je dobře, že vývoj jaderné energetiky nebyl příliš překotný.
Chtějí-li lidé zodpovědně ovládat jaderné procesy, musí se nejprve dozvědět co
nejvíce o vlastnostech samotných atomových jader. Tisíce jaderných fyziků se dnes
věnují celé řadě detailních výzkumů: struktuře jader a rozložení jaderných
sil, rotacím a vibracím atomových jader, změnám energetického stavu či složení
jader a v neposlední řadě nespočtu možných jaderných reakcí. Odborníci však
neřeší jen tyto základní, principiální otázky. I každodenní život civilizace
potřebuje jaderný výzkum, který pomáhá řešit komplikované problémy spojené s
technikou, medicínou, zemědělstvím a také s vlivem civilizace na naše životní
prostředí. Zpravidla proto rozlišujeme výzkum základní, který
zkoumá nepoznané vlastnosti přírody a odkrývá lidem nové cesty, a výzkum
aplikovaný, který řeší konkrétně zadané úkoly podle potřeb dnešní
společnosti a jejího průmyslu.
Mezi základní a aplikovaný výzkum nelze klást ostrou hranici, jejich úkoly i metody
se mnohdy překrývají a drahá experimentální zařízení se často používají jak
pro základní, tak pro aplikovaný výzkum. Příkladem takových zařízení jsou výzkumné
jaderné reaktory.
 |
Téměř v každé zemi, která se věnuje využívání jaderné energie (naši
republiku nevyjímaje), pracují kromě reaktorů na výrobu energie i reaktory určené
převážně nebo zcela k řešení výzkumných a vývojových úkolů. Výzkumné
reaktory slouží jako velmi silný zdroj neutronů,
pomáhají ověřovat naše znalosti o fyzice reaktorů a v neposlední řadě
přispívají k praktické výuce budoucích odborníků. Výzkumné reaktory zatím
využívají vysoce obohacený uran s podílem štěpitelného uranu 235 v desítkách procent. Mnoho jich navíc
pracuje s velmi nízkým energetickým výkonem, takže téměř nepotřebují výměnu
paliva a produkují nesrovnatelně méně radioaktivního odpadu než jaderné
elektrárny.
Většina výzkumných reaktorů nabízí dnes část své kapacity všem odborníkům z
nejrůznějších oblastí vědy i průmyslu, kteří ji ke své práci potřebují.
Jmenujme několik typických úloh, ke kterým se výzkumné reaktory nejčastěji
využívají:
- základní výzkum: vlastnosti
neutronů a jaderné reakce s neutrony,
- výzkum možností lékařské
diagnostiky a terapie pomocí svazku neutronů,
- výroba speciálních radioizotopů pro
průmysl a medicínu,
- výroba objemově dopovaného křemíku
pro silnoproudou elektroniku,
- aktivační analýza, tj. stanovení
složení materiálu podle jeho vlastního záření po ozáření neutrony,
- zjišťování materiálových změn po
dlouhodobém ozařování neutrony (například změny pevnosti reaktorových nádob),
- testování vlastností jaderných
palivových článků za podmínek přesně simulujících činnost energetického
reaktoru.
Všimněte si, že pouze dvě poslední úlohy bezprostředně souvisejí s jadernou
energetikou. Na druhé straně, k výzkumu v oblasti jaderné energetiky nemohou samotné
výzkumné reaktory stačit. To je vidět i na příkladu belgického střediska
jaderných výzkumů v Mol, které se jaderné energetice zodpovědně věnuje.
Středisko provozuje výzkumný reaktor BR-2, který je zaměřen především na
experimenty s jadernými palivy včetně simulování havarijních situací. Dále ke
středisku patří podzemní laboratoř HADES (Hades byl v řecké mytologii bůh
podsvětí. Ta je určena k všestrannému průzkumu vlastností hornin, zejména jejich
stability a odolnosti proti radiačnímu, chemickému a tepelnému namáhání (podobné
laboratoře jsou provozovány i v několika jiných státech v souvislosti s
vyhledáváním lokalit pro konečné úložiště vyhořelého jaderného paliva jmenujme
alespoň německý Gorleben, švédský Aspo a severoamerickou laboratoř v Yucca
Mountains).
 |
V neposlední řadě se belgické středisko v Mol věnuje získávání co
nejúplnějších informací o vlivu radioaktivních látek na životní prostředí.
Odborníci zde průběžně sledují úroveň přírodní radiace, zkoumají šíření
radionuklidů v přírodě a jejich vliv na živé organismy.
Vlivu radionuklidů na životní prostředí se věnuje také Středisko analytických
výzkumů založené při vysokoškolském výzkumném reaktoru Consort v Ascotu ve Velké
Británii. Vědci a studenti zde přímo z reaktoru získávají přesně ty radioaktivní
izotopy, které by v případě vážné havárie mohly uniknout z jaderného reaktoru
nebo vyhořelého paliva. Ve sklenících pak simulují jejich šíření v životním
prostředí, včetně vytváření umělých dešťů, mlhy či větru. Nezbytnou
součástí podobných experimentů jsou citlivé detekční a vyhodnocovací přístroje.
 |
Samostatnou kapitolu vývojových prací na mírovém využití jaderné energie
představuje vytvářeni systémů počítačového řízení jaderných elektráren.
Elektronické ovládání složitých procesů bezpochyby významně omezuje důsledky
selhání lidského faktoru, zároveň ale představuje další složitý, těžko
kontrolovatelný systém závislý na dodávce proudu. Odborníci francouzského Ústavu
pro jadernou bezpečnost a ochranu (IPSN) proto stanovili čtyři základní
pravidla, kterým se musí počítačový systém jaderné elektrárny podřídit:
- každý projekt počítačových
systémů musí vycházet z potřeb operátorů a z uspořádání řídicího sálu
(velínu),
- žádné selhání počítačů nesmí
vést k větší mu ohrožení bezpečnosti provozu,
- každé selhání počítačů musí
být jasně a srozumitelně signalizováno operátorům elektrárny,
- přepínání mezi bezpečnostními
systémy nesmí provoz elektrárny nijak ovlivnit.
Velmi zajímavé jsou i studie odolnosti reaktorů a jejich
bezpečnostních systémů proti zemětřesení. Všechny projekty jaderných elektráren
musí prokázat, že klíčová místa konstrukce bezpečně odolají několikanásobku
úrovně zemětřesení obvyklé v dané lokalitě. Kromě standardních počítačových
modelů pevnosti a pružnosti složitých konstrukcí jsou dnes v několika zemích k
dispozici i různě velké desky, na kterých lze mechanicky simulovat zemětřesení.
Pevnost klíčových konstrukčních prvků elektrárny, zejména uchycení reaktoru a
potrubního systému jeho chlazení, lze pak ověřovat přímo na takové chvějící se
desce. Největší a nejznámější laboratoř tohoto typu je provozována japonskou
společností NUPEC.
|