Vědci z AV ČR se významně podílejí na zvýšení bezpečnosti jaderných reaktorů

Výsledky výzkumu odborníků z Fyzikálního ústavu AV ČR, ČVUT a firmy Westinghouse, publikované v Scientific Reports (7/2017), představují novou metodu ochrany povrchu zirkoniových palivových prvků antikorozními polykrystalickými diamantovými (PCD) vrstvami. Nové pokrytí výrazně snižuje korozi zirkoniových palivových prvků nejen za standardních pracovních podmínek, ale i při havarijním zvýšení teplot do 1000oC.

„V současnosti se na základě provedených testů ukazuje, že PCD může sloužit nejen jako pasivní prvek pro zvýšení jaderné bezpečnosti, ale může také prodloužit životnost jaderného pláště a paliva o desítky procent.Z toho všeho by mohly plynout opravdu značné ekonomické a ekologické přínosy“ shrnuje význam vědeckého výsledku pro praxi vedoucí výzkumného týmu Fyzikálního ústavu AV ČR doc. Irena Kratochvílová.

„Zirkoniové palivové prvky pokryté antikorozními ochrannými polykrystalickými diamantovými vrstvami byly v roce 2017 na základě výsledků řady testů vybrány firmou Westinghouse jako možní kandidáti na palivo odolné proti nehodám (Accident Tolerant Fuel) v komerčně provozovaných reaktorech po roce 2020. Od února 2017 je PCD testován v aktivním prostředí výzkumného jaderného reaktoru v norském Haldenu. Pokud všemi testy projde, bude pokrytí PCD vrstvami používáno jako ochrana proti korozi Zr slitin v jaderných reaktorech po roce 2020“, dodává vedoucí týmu doc. Kratochvílová k budoucnosti využití nové metody.

PCD se skládá se ze dvou odlišných fází uhlíku, a to tvrdé diamantové a měkké grafitické, jsou tedy pružné a zároveň pevné, díky čemuž vydrží teplotní zátěž v průběhu pracovního cyklu reaktoru. Kompozitní polykrystalické diamantové vrstvy byly připraveny v laboratořích Fyzikálního ústavu AV ČR metodou depozice z plynné fáze. Vrstvy byly testovány po simulaci havarijních i standardních podmínek jaderného reaktoru na zařízeních FS ČVUT, VŠCHT Praha, FZÚ AV ČR, UP Olomouc, Karlsruhe Institute of Technology a Westinghouse Electric. Kromě toho, že PCD vrstvy mohou sloužit jako pasivní prvek pro zvýšení jaderné bezpečnosti, prodlouží také životnost jaderného pláště a následně i dobu bezpečného použití jaderného paliva. Dlouhodobé testy v laboratoři Westinghouse Electric ukázaly, že pokrytí PCD vrstvami sníží oxidaci oproti standardům zhruba o 40%. A právě výrazným snížením koroze obalu lze prodloužit dobu použití jaderného paliva, které se v současnosti odstraňuje z reaktoru především z důvodu vysoké koroze (Zr slitiny) a nikoli z důvodu dostatečného vyhoření. Na rozdíl od obvyklých způsobu antikorozní ochrany, brání tato nová metoda korozi mnohem komplexnějším způsobem.

Výsledky byly publikovány v Scientific Reports/Nature Publishong Groups Scientific Reports 7, Article number: 6469 (2017) „Nanocrystalline diamond protects Zr cladding surface against oxygen and hydrogen uptake: Nuclear fuel durability enhancement“ https://www.nature.com/articles/s41598-017-06923-4.

Kontakt: doc. Irena Kratochvílová, 226 052 524, 723814810, krat@fzu.cz

Tisková zpráva zde

A) vzorky Zr slitiny pokryté PCD vrstvou po 30 dnech v autoklávu. 

B) Povrch PCD vrstvy zobrazený skenovacím elektronovým mikroskopem

C) pohled do vnitřní části aparatury pro depozici polykrystalických diamantových vrstev z plynné fáze v mikrovlnném plazmatu

Připravili: Miroslava Kaňková, Odbor mediální komunikace Kanceláře AV ČR a Fyzikální ústav AV ČR
Foto: Archiv Fyzikálního ústavu AV ČR

Přečtěte si také

• Když věda mění jídelníček: Strategie AV21 hledá cestu k udržitelným potravinám
• Tváří v tvář světové vědě. Badatelé z AV ČR se v Lindau setkali s nobelisty
• Výjimečné badatelské osobnosti převzaly medaile Akademie věd ČR
• Hana Lísalová: Inovace narážejí na překážky, bez investorů končí v šuplíku
• Světové kliniky, špičková věda. Jak se tvoří budoucnost asistované reprodukce?
• Akademie věd pomůže se záchranou koně Převalského a dalších ohrožených savců
• Mosty mezi laboratoří a trhem nestačí stavět, musí se po nich i chodit
• Moc předmětů: Adéla Gjuričová představuje nový program Strategie AV21
• Posílit pozici a podpořit mladé vědce: Jaké jsou priority místopředsedů AV ČR?
• Dana Dvořáčková Malá s týmem zkoumá domácnosti jako centra vývoje civilizací