Sázka Japonců na unikátní metodu likvidace roztaveného jaderného paliva, kterou se zabývají v českém Centru výzkumu Řež, přináší první pozitivní výsledky. Japonské konsorcium v čele se společností Hitachi-GE si loni v Řeži zadalo smluvní výzkum, jehož cílem je přispět k odstraňování následků havárie ve fukušimské jaderné elektrárně v roce 2011. A čeští vědci během první etapy výzkumu prokázali, že dokáží metodou frakční destilace oddělit uran ze ztuhlé taveniny, která kromě radioaktivních prvků obsahuje také železo a zirkonium z roztavených palivových článků.

Jak v rozhovoru pro web OEnergetice potvrzuje ředitel Centra výzkumu Řež Martin Ruščák, v další etapě bude nutné ověřit, zda je podobným způsobem možné separovat také plutonium. „Separace plutonia je náročnější z hlediska potřebných hygienických podmínek, protože plutonium je velmi radiotoxický prvek. Z hlediska využití metody frakční destilace ale nejde o žádnou zásadní kvalitativní změnu oproti separaci uranu,“ říká Martin Ruščák.

Jediná šance

Metoda frakční destilace spočívá v rozdělování chemických látek podle bodu varu zahříváním na teploty, při kterých se jednotlivé složky (frakce) směsi vypařují – v tomto případě ve formě fluoridů po předchozí reakci s fluorem. A vše nasvědčuje tomu, že jde o jedinou možnost, jak odstranit radioaktivní prvky z fukušimského ztuhlého kória – tedy taveniny, která vznikla roztavením jaderného paliva, částí reaktoru, jejich smícháním a následným ztuhnutím.

„Klasická metoda oddělení látek v kyselinách v tomto případě nefunguje, korium se v nich nerozpustí,“ upozorňuje Jan Uhlíř z Centra výzkumu Řež, který se využitím metody frakční destilace v jaderné energetice zabývá už celá desetiletí.

Informace z Three Mile Island

Na začátku výzkumu poskytli Japonci výzkumníkům v Řeži údaje o tom, jak vypadalo roztavené palivo po jedné z nejznámějších havárií jaderné elektrárny v americkém Three Mile Island v roce 1979. „Díky tomu jsme mohli vytvořit podobnou směs, která se pravděpodobně nachází také pod roztavenými fukušimskými reaktory. Tyto informace nám tedy umožnily další testování,“ upřesňuje Jan Uhlíř.

Japonci měli k těmto informacím přístup díky tradiční spolupráci s Američany. Firma Hitachi například dlouhodobě spolupracuje s velkou americkou korporací GE na vývoji jaderných reaktorů varného typu a výrobě jaderného paliva.

V samotné Fukušimě mezitím pokračoval průzkum, který měl identifikovat ztuhlou taveninu, což se vzhledem k tamní silné radioaktivitě ukázalo jako mimořádně náročné. Jak oznámila společnost Tokyo Electric Power Co., která je provozovatelem fukušimských reaktorů, teprve letos v listopadu dokázal robot korium rozpoznat a vyfotit.

Samotná likvidace taveniny a oddělení radioaktivních prvků má přijít na řadu v roce 2021. V té době by se to mělo týkat koria z prvního ze tří havarovaných fukušimských reaktorů.

Unikátní znalosti v Řeži

To, že se Japonci obrátili právě na českou Řež, souvisí s unikátními zkušenostmi, které vyplývají z historie staré zhruba půlstoletí. Tehdy se Ústav jaderného výzkumu (ÚJV) v Řeži pustil do výzkumu chování fluoridů uranu a fluoridů dalších štěpných produktů. V té době ještě samozřejmě nikdo nemohl tušit, jak budou jednou po jedinečných českých znalostech „toužit“ v zemi vycházejícího slunce.

V Řeži od šedesátých let 20. století zkoumali fyzikálně-chemické vlastnosti fluoridů, ale museli například zvládnout i laboratorní přípravu plynného fluoru. Na dovoz této chemikálie do bývalého Československa totiž tehdy platilo západní embargo.

Československo spolupracovalo na metodě frakční destilace se Sovětským svazem. Původně měla sloužit pro přepracování vyhořelého paliva takzvaných rychlých reaktorů. Jak vzpomíná Jan Uhlíř, tato spolupráce skončila po havárii jaderné elektrárny v Černobylu v roce 1986, kdy Sověti „vrhli“ veškeré finance na výzkum, který se týkal zvyšování bezpečnosti jaderných reaktorů typu RBMK.

Nejen Fukušima

Proces založený na metodě frakční destilace fluoridů byl – alespoň podle dostupných informací – od konce osmdesátých let experimentálně studován a vyvíjen jedině v České republice. Zřejmě proto Japonci neuspěli, když se o možnosti využití této metody nejdříve zajímali také v Rusku.

Na výzkum někdejšího Ústavu jaderného výzkumu později navázalo právě zmiňované Centrum výzkumu Řež, které patří do dnešní nástupnické skupiny ÚJV Řež. Tento výzkum podpořily ministerstvo průmyslu, Správa úložišť radioaktivních odpadů a Grantová agentura.

Díky půlstoletí starému výzkumu Česko získalo i takové unikátní znalosti fluoridových solí, které bude možné využít také při vývoji technologie solných reaktorů 4. generace – chlazených právě fluoridovými taveninami. „Podobnými znalostmi se kromě Česka mohou pochlubit už jen Spojené státy a Čína,“ říká Martin Ruščák. Připomíná, že Centrum výzkumu Řež spolupracuje na vývoji malých modulárních reaktorů tohoto typu s americkou Oak Ridge National Laboratory. (Více informací zde a zde.)

Další spolupráce s Japonci

Výzkum, který v Řeži realizují pro japonské konsorcium v čele s Hitachi – GE, není jediným příkladem podobné spolupráce českých a japonských výzkumníků. Martin Ruščák upozorňuje, že Centrum výzkumu Řež spolupracovalo na zkoumání vlastností koria také s Tokijským technologickým institutem TITECH.

Šlo o výzkum, při němž v Řeži využili takzvaný studený kelímek – tedy zařízení pro vysokofrekvenční indukční ohřev zaměřený na tavení materiálů. A výzkumníci z Řeže v současnosti jednají i o dalších možnostech spolupráce s Japonci.