Three Mile Island, Černobyl, Fukušima. To jsou místa zosobňující hrozby, které nastanou, když se jaderná energie vymkne kontrole. Ale vzhledem k rostoucí poptávce po elektrické energii a obavám z klimatických změn je třeba hledat čistší alternativu k využívání fosilních zdrojů. Jaderná energetika je tak v mnoha zemích světa klíčovou součástí energetického mixu a je tak na místě řešit klíčovou otázku: Jak ji zajistit co nejvíce bezpečnou? Právě na zvýšení bezpečnosti jaderných reaktorů TESCAN spolupracuje s českou společností ÚJV Řež.
Snadná obsluha urychluje výzkum
TESCAN FIB-SEM představuje snadno použitelný nástroj pro vědeckou analýzu v mnoha oblastech. Jeho uživatelsky přívětivé softwarové rozhraní umožňuje snadný přístup k hlavním funkcím mikroskopu, čímž se zvyšuje produktivita a rychlost výzkumu. „Tento elektronový mikroskop nabízí několik úrovní využití, jeho základní obsluha je velmi snadná. Uživatel se s přístrojem rychle seznámí a i bez náročného zaškolování je schopen získat kvalitní obrázky ve vysokém rozlišení SEM. Je to ideální nástroj pro víceuživatelské prostředí, jako je naše,“ říká dr. Jan Lorinčík, jeden z vědeckých pracovníků CV Řež.
CV Řež: Obsluha elektronového mikroskopu TESCAN s iontovým dělem (FIB-SEM).
Mikroskop najde své uplatnění zejména při studiu materiálů
Pomocí skenovacího elektronového mikroskopu zde provádí zásadní korozní studie ke zvýšení bezpečnosti v jaderných elektrárnách. Právě odolnost materiálů je pro bezpečnost reaktorů zásadní, protože musí vydržet i v extrémních podmínkách. Například ve Fukušimě došlo ke kontaktu pláště jaderných palivových tyčí ze slitiny zirkonia s horkou párou. To způsobilo hromadění vodíku i oxidů na povrchu pláště, což mělo negativní vliv na mechanické vlastnosti pláště a činilo jej křehkým. Takováto extrémní koroze nastává i za normálních provozních podmínek v jaderných elektrárnách, ale dochází k ní mnohem pomaleji. Pokud by se zanedbala, mohla by vést až k úniku radioaktivního palivového materiálu do vody v komoře v těsné blízkosti jaderného reaktoru.
Tým CV Řež se zabývá vývojem nových materiálů a typů slitinových plášťů se zlepšenými mechanickými vlastnostmi a vyšší odolností proti korozi. „Čím více chápeme mechanismus vzniku a šíření koroze, tím lépe můžeme materiál upravit, aby byl odolnější, a tudíž bezpečnější,“ říká dr. Lorinčík, jenž je součástí mezinárodního týmu, který nedávno našel novou metodu prodloužení životnosti zirkonového pláště přidáním povlaku z nanokrystalických diamantů proti korozi. Nanokrystalický diamantový film mění vlastnosti podkladové slitiny tak, že je výrazně snížena absorpce vodíku a kyslíku, což jsou prvky nezbytné pro korodování.
Ústav jaderného výzkumu Řež.
Reaktory 4. generace přinesou bezpečnost na nejvyšší úrovni
CV Řež také používá TESCAN FIB-SEM k dosažení bezpečnějších, čistších a efektivnějších zdrojů jaderné energie, a to analýzou materiálů pro teoretický jaderný reaktor 4. generace. Nadnárodní iniciativa Generace IV, která je zaměřena na vývoj vysoce účinných a bezpečných jaderných zdrojů s nízkou produkcí radioaktivního odpadu, je v současné době zkoumána pro komerční využití. Vědci očekávají, že reaktory tohoto typu by se mohly začít využívat ve střednědobém až dlouhodobém horizontu (2030–2050). Výzkumný tým CV Řež testuje nové materiály v experimentálních zařízeních, takzvaných smyčkách, které simulují specifické technické a chemické podmínky, a zkoumají jejich vliv na materiály. Nedávnou studií provedenou touto výzkumnou skupinou byla například mikrostrukturální analýza ocelové slitiny s označením 800H, jež byla podrobena testování ve vysokoteplotní heliové smyčce. Cílem bylo porozumět procesu degradace, kterou tato slitina prochází, protože právě helium je využíváno jako chladicí kapalina v konstrukční variantě vysokoteplotního reaktoru generace IV.
Přístroj TESCAN FIB-SEM s integrovaným energeticky disperzním rentgenovým detektorem.
Mezinárodní renomé
Výzkumná skupina používá elektronový mikroskop TESCAN k přípravě ultratenkých vzorků pro následné pozorování a záznam změn mikrostruktury. Její projekty jsou skutečnou výzvou i na globální úrovni. Po havárii ve Fukušimě bylo CV Řež pověřeno Mezinárodní agenturou pro atomovou energii, aby vyvinulo nový analytický postup pro hledání mikroskopických částic uranu ve vzorcích prachu. Agentura tyto vzorky pravidelně odebírá v blízkosti jaderných zařízení pro monitorování stavu životního prostředí a také pro forenzní účely po jaderných haváriích. „Najít mikroskopické částice uranu je nesmírně náročný úkol, obvykle se v jednom kubickém centimetru nachází pouze jedna jediná mikročástice,“ vysvětluje dr. Lorinčík. To je pro srovnání jako najít minci na fotbalovém hřišti. S využitím schopností skenovacího elektronového mikroskopu TESCAN FIB-SEM s integrovaným rentgenovým detektorem Energy-Dispersive se týmu CV Řež daří nejen úspěšně lokalizovat mikročástice uranu, ale také charakterizovat jejich složení, velikost a morfologii. Tyto charakteristiky jsou pro každou částici unikátní, doslova stejně jako otisky prstů, a poskytují cenné informace o zdroji částice, původu jejího úniku a teoreticky i příčině jaderné nehody. V těchto projektech a ve své další práci tým světově uznávaných vědců v CV Řež ukázal, že mikroskopy TESCAN FIB-SEM jsou spolehlivým a účinným nástrojem pro výzkum v oblasti jaderné energie. Jde tak o jeden z řady příkladů z praxe, kdy TESCAN potvrzuje svůj závazek poskytovat vědecké vybavení světové úrovně, pomáhat výzkumným pracovníkům posouvat hranice vědeckých poznatků a přispívat k větší bezpečnosti našeho světa.