OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Vývoj jaderného paliva

Poslední dobou jsem 14 hodin denně zalezlý v laborkách, ale co tam pořád dělám? Zkusím jednoduše popsat, jaké experimenty děláme a k čemu je to dobré. Pracuji na vývoji jaderného paliva odolného proti haváriím. Zjednodušeně řečeno, pokud se objeví další „Fukušima“, tak díky našemu novému palivu nedojde k havárii. (Upřímně musím přiznat, že výsledky zatím ukazují, že k havárii by stejně došlo, ale byla by podstatně menší!!)

OLYMPUS DIGITAL CAMERA
jeden z typů nového paliva

A jak se takové palivo vyvíjí? Prvně se teoreticky se vymyslí jeho konstrukce a udělají se zjednodušené výpočty, že by to opravdu mohlo fungovat. Ty výpočty jsou však hodně nepřesné, protože k tomu novému typu paliva nejsou dostupná přesná data, na základě kterých se ty výpočty provádějí. První nepřesné výpočty tedy ukázaly, že by to mohlo fungovat. Musí se to ale ověřit a tedy naměřit přesná data. A proto provádíme desítky experimentů, kde každý z nich určí nějakou konkrétní vlastnost nového materiálu. Nakonec se všechny naměřené vlastnosti spojí a vytvoří se modely a simulace, ve kterých se přesně určí, jak se toto nové palivo bude chovat například v případě havárie jako ve Fukušimě. Pokud to všechno dopadne dobře, tak bude výsledkem nová konstrukce paliva, kterou od nás převezme výrobce jaderného paliva a jaderné elektrárny tak budou bezpečnější než dříve.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA
tlakový test

Teoreticky to vypadá hezky, ale je v tom zahrnuto několik problémů:

Prvním je vůbec výroba toho nového materiálu. To, že si něco teoreticky vymyslíme, neznamená, že to někdo lehce vyrobí a navíc v požadované kvalitě. Tomuto problému zrovna akutně čelíme. Vzorky pro nás má vyrábět University of Wisconsin a moc se jim to nedaří. Většinu materiálu, která přišla, jsme jim vrátili, protože to bylo k ničemu. Na ČVUT s novým materiálem a jeho nanášení problémy nemáme, ale máme menší problémy se slitinou, na kterou se to nanáší. Výrobce z Ruska má totiž hromadu podmínek a omezení a není to s nimi tak jednoduché, jak bychom chtěli.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA
v některých experimentech simulujeme stejné prostředí jako je v reaktoru tedy teploty kolem 300C a tlaky nad 15MPA. Pokud by došlo k prasknutí jedné z tubiček, tak je to průšvih, protože pára pak funguje jako ostrý nůž a rozřízne člověka napůl jako nic

Druhým problémem jsou experimenty samotné. Při reálné havárii se objeví desítky různých fyzikálních mechanismů dohromady a v laboratoři to nejde jednoduše reprodukovat. Proto se navrhují jednodušší experimenty, které zkoumají jenom jeden konkrétní parametr. Jenomže experimentální zařízení je drahé, a pokud je nové, nemusí fungovat, tak jak jsme vymysleli atd. Je to taky otázka peněz a je jasné, že na MIT, kde na projekt dostali 3 miliony dolarů, mohou simulovat mnohem víc věcí než my na ČVUT za pár tisíc.

Třetím problémem jsou lidi. Hlavní vedoucí projektu bohužel loni v létě zemřel a poté odešlo i několik studentů, kteří pro něj pracovali. Jeden z dalších výzkumníků dostal ALS (to je ta nemoc, jak se kvůli ní lidé polévali ledovou vodou pár let zpátky) a tak není překvapení, že po roce a půl, co projekt běží, máme zhruba rok zpoždění proti původnímu plánu.

A tak si pozvali mě, abych jim to pomohl trošku rozhýbat. Dělám experimenty ve třech laborkách – modré, zelené a korozní. Každou z nich vede jiný profesor a jsou v ní jiní lidé. Normálně patří student jenom do jedné laborky a k jednomu profesorovi. Já mám tři laborky a tři profesory, což je mnohem zajímavější, ale také namáhavější.

Modrá laboratoř

Tuhle laboratoř vede profesor Short a je moje nejoblíbenější, protože je moderní, uklizená a všechno v ní většinou funguje. Jsou tady některé světově unikátní experimenty a pořád se tady něco děje. Já tady mám vlastní experiment, který jsem přebral po studentovi, který odešel pracovat pro SpaceX. Je to dlouhodobá oxidace materiálu v páře o teplotě 500C. Mám velký sud s vodou, která se vaří. Pára se pak vede do pece, kde se přehřeje nad 550C a pak se vede do komory, ve které jsou zavěšené vzorky. Pára s nimi reaguje a pak zkoumám, co se s nimi stalo. Jeden experiment běží kolem 30 hodin a celkem to plánuji na měsíc.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA
modrá laboratoř

Testuji už asi 3 týdny prakticky v kuse a včera se mi podařilo zařízení „odbouchnout“. Protože máme zpoždění, tak nás tlačí, abychom si s experimenty pohnuli. Proto testuji na hraničních parametrech a snažím se to udělat co nejrychleji. Elektronika byla však přetížená a někdy v noci mi v napájení vybouchly rezistory a zničily také polovodičová relé. Dnes se mi to podařilo opravit, ale stejně to nefunguje, protože při tom přetížení se asi zničilo něco v řídícím systému.

Zelená laboratoř

Je spojená s modrou laboratoří a je na podobné úrovni. Máme tady dva experimenty. Jeden je vysokoteplotní oxidace. Je to podobný experiment jako v modré laborce, jenom při teplotách až 1300C a běží jenom desítky minut.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA
vysokoteplotní experimenty

Druhým je kalící test. Pokud se materiál hodně zahřeje a potom se rychle ochladí, tak se tím může zničit (stejně jako při rychlém ochlazení horké sklenice). Měříme tady, jak moc se ten náš materiál zničí při tomto procesu. Vzorek se v peci ohřeje až na 1200C a pak se rychle střelí do nádoby se studenou vodou. Potom se měří, jak moc zkřehnul nebo popraskal.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA
kalící experiment

Korozní laboratoř

Tohle je moje „domovská“ laboratoř. Je to jedna z největších na celém MIT, ale taky jedna z nejotravnějších. Velmi často se stává, že něco nefunguje a pokud to začne fungovat, tak se to většinou za chvíli rozbije. A nejsou to jenom celé experimenty, ale třeba i vrtačky nebo nástroje a základní nářadí. Profesor, který laborku vede i její druhý vedoucí, jsou pánové ve velmi pokročilém důchodovém věku. A tihle pánové ze staré školy věci nevyhazují. Je tady teoreticky možné dělat až 30 experimentů, ale reálně fungují tak 3.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Pracuji tady na experimentu, kde se zkoumá únavové namáhání našich nových materiálů. Materiál se vlastně ohýbá, ale jenom trošku, aby nepraskl. A když je takových malých pohybů stovky, tak stejně nakonec praskne. Ale není to klasická deformace, ale únavová.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA
únavové testování

Samotné experimenty samozřejmě nejsou všechno. Hodně dlouho trvá vzorky vůbec připravit. Musí se vymyslet konfigurace, držáky, vzorky se čistí, řežou apod. Po experimentech naopak přichází fáze hodnocení, kdy se musí zjistit, co se vlastně stalo a proč. Tady přichází na řadu desítky metod od klasických mikroskopů přes elektronové až po difrakční a ozařovací metody. Jedna z velkých výhod MIT je, že si všechno děláme sami. U nás jsou například speciálně trénovaní lidé na elektronový mikroskop. Dáme jim vzorky a dostaneme obrázky. Tady ne. Udělali mi krátké školení a všechno si musím udělat sám. Je to časově mnohem náročnější, ale studenti se tím naučí mnohem víc a celý proces je i mnohem zajímavější.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA
korozní laboratoř