| |||
|
Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. | |||
|
Vyhořelé palivo nepatří do starého uranu
Rudolf Mentzl
V době prohlubující se energetické krize se jaderná energetika po dlouhé odmlce pomalu začíná stavět na nohy. Dlouho byla v nemilosti především kvůli několika haváriím. Mohli jsme sledovat, jak probíhá havárie katalyzovaná nepředstavitelným šlendriánem i to, jak se s ní lze vypořádat, když jsou traumatické plány do detailu připraveny. Důležité je, že jsme se z chyb dokázali poučit a dnešní atomové elektrárny nevzbuzují rozpaky ani tolik svým provozem, jako spíš obavami, co s vyhořelým palivem. Záruka bezpečného uložení radioaktivníchRadioaktivita – radioaktivní rozpad, přeměna jader nestabilních nuklidů na jiná jádra, při níž vzniká ionizující záření. Pokud se změní v jádře počet protonů, dojde ke změně prvku. Rychlost přeměny je charakterizována poločasem rozpadu. Radioaktivitu objevil v roce 1896 Henri Becquerel u solí uranu. nuklidůNuklidy – druhy atomových jader, určené počtem protonů a neutronů. Významem odpovídají izotopům chemických prvků. na sto tisíc let visí nad každou elektrárnou jako Damoklův otazníkOtazník – klikyhák za větou.. Přitom to takový problém není, pouze se ukazuje, že jsme na to dosud šli špatně.
Takováto rozsáhlá úložiště jaderného odpadu nebudou již brzy zatěžována
vyhořelým palivem jaderných elektráren. Zdroj: SÚRAO.
|
Uran (prvek) – radioaktivní chemický prvek, kov, patří mezi aktinoidy. Prvek objevil v roce 1789 Martin Heinrich Klaproth, v čisté formě byl uran izolován roku 1841 Eugene-Melchior Peligotem. Izotop 235 se využívá jako palivo v jaderných elektrárnách. Je pojmenován po planetě Uran. Proton – částice složená ze tří kvarků (duu) se spinem 1/2, hmotností 1,673×10−27 kg (938 MeV) a elektrickým nábojem +1,6×10−19 C. Proton je na běžných časových škálách stabilní, pokud se rozpadá, je poločas rozpadu větší než 1035 let. Za objevitele protonu je považován Ernest Rutherford, který v roce 1911 objevil atomové jádro při analýze rozptylu částice alfa pronikající tenkou zlatou fólií. Samotná jádra vodíku (protony) detekoval v roce 1918 při ostřelování dusíku částicemi alfa. Antiproton byl objeven v roce 1955 Emilio Segrem a Owenem Chamberlainem. Neutron – částice složená ze tří kvarků (ddu) se spinem 1/2, hmotností 1,675×10−27 kg (940 MeV) a nulovým elektrickým nábojem. Volné neutrony jsou nestabilní se střední dobou života 886 s (15 minut) a poločasem rozpadu 10 minut. V roce 1930 Walther Bothe a Herbert Becke ostřelovali lehké prvky alfa částicemi a objevili nový druh pronikavého záření. V roce 1932 zjistil James Chadwick, že je toto záření složeno z neutrálních částic přibližné velikosti protonu a objevil tak neutron. |
Jaderná elektrárna
Jaderná elektrárna se v principu neliší od jiných tepelných elektráren. Stejně jako v uhelných elektrárnách, i zde roztáčí parní turbína elektrický generátor. Pouze zdroj tepla je jiný. Energie tu nevzniká spalováním drahocenných fosílií, nýbrž radioaktivním rozpadem ještě drahocennějších prvků. Protože je energie v radioaktivním materiálu mnohem více koncentrována, nemusí v atomové elektrárně zmizet každý den celý vlak uhlí, ale stačí palivo vyměnit jen jednou za dlouhý čas. Roční spotřebu gigawattového bloku pokryje asi 1,5 m³ paliva.
Některé atomy jsou stabilní, jiné méně. Odhlédneme-li od výjimek a nepravidelností, dá se konstatovat, že čím těžší atom je, tím ochotněji se rozpadáÚdolí stability – je také někdy nazýváno údolím nuklidů. Jedná se o třírozměrný graf, v němž u známých izotopů všech prvků vynášíme na osu x počet neutronů, na osu y počet protonů a na osu z záporně vzatou průměrnou vazbovou energii na jeden nukleon.. Je to přirozené. Čím těžší prvek, tím více protonůProton – částice složená ze tří kvarků (duu) se spinem 1/2, hmotností 1,673×10−27 kg (938 MeV) a elektrickým nábojem +1,6×10−19 C. Proton je na běžných časových škálách stabilní, pokud se rozpadá, je poločas rozpadu větší než 1035 let. Za objevitele protonu je považován Ernest Rutherford, který v roce 1911 objevil atomové jádro při analýze rozptylu částice alfa pronikající tenkou zlatou fólií. Samotná jádra vodíku (protony) detekoval v roce 1918 při ostřelování dusíku částicemi alfa. Antiproton byl objeven v roce 1955 Emilio Segrem a Owenem Chamberlainem. se v jeho jádře nachází. Protože mají všechny protony stejný elektrický nábojElektrický náboj – základní kvantový náboj elektromagnetické interakce. Elektrický náboj označujeme Q, jednotkou je coulomb (C). Nejmenším volným nábojem je náboj elektronu (1,6×10−19 C), jde o tzv. elementární náboj., odpuzují se a silné jaderné sílySilná interakce – interakce krátkého dosahu, přibližně 10−15 m. Silná interakce je výběrová, působí jen na částice s barevným nábojem, tj. kvarky. Polními částicemi silné interakce jsou gluony (z anglického „glue“ = lepit, lepidlo). Gluony spojují kvarky do větších celků, tzv. hadronů. Nejznámější jsou proton a neutron složený ze tří kvarků. Silná interakce je odpovědná za soudržnost atomárního jádra. Polní částice mají barevný náboj a proto mohou působit samy na sebe. Barevný náboj na malých vzdálenostech (při vysokých energiích) slábne a kvarky se chovají jako volné částice. Hovoříme o tzv. asymptotické volnosti kvarků. Teorií silné interakce se nazývá kvantová chromodynamika (QCD). krátkého dosahu, které bez nesnází několik málo protonů udrží, velké přesile podlehnou.
Výměna paliva probíhá při otevřeném reaktoru pomocí zavážecího stroje. Zdroj: ČEZ.
Vyhořelé palivo není vyhořelé
V jaderných elektrárnách se využívá izotop uranuUran (prvek) – radioaktivní chemický prvek, kov, patří mezi aktinoidy. Prvek objevil v roce 1789 Martin Heinrich Klaproth, v čisté formě byl uran izolován roku 1841 Eugene-Melchior Peligotem. Izotop 235 se využívá jako palivo v jaderných elektrárnách. Je pojmenován po planetě Uran. 92U235. Jádra tohoto prvku jsou na pokraji stability. Stačí malý impuls, třeba náraz pomalu letícího neutronuNeutron – částice složená ze tří kvarků (ddu) se spinem 1/2, hmotností 1,675×10−27 kg (940 MeV) a nulovým elektrickým nábojem. Volné neutrony jsou nestabilní se střední dobou života 886 s (15 minut) a poločasem rozpadu 10 minut. V roce 1930 Walther Bothe a Herbert Becke ostřelovali lehké prvky alfa částicemi a objevili nový druh pronikavého záření. V roce 1932 zjistil James Chadwick, že je toto záření složeno z neutrálních částic přibližné velikosti protonu a objevil tak neutron., silné jaderné síly neudrží našponované elektrické odpuzování a jádro se rozletí na dva rychle letící velké fragmenty a 2 ÷ 3 neutrony. Ty aktivují další jádra a rozpad se začne exponenciálně rozvíjet. Pro tento typ reakce se vžil název řetězová reakce. Ve skutečnosti je to označení pohříchu nevhodné. Lépe snad mluvit o lavinovém efektu, který podstatu věci mnohem lépe vystihuje. Pohybová energie, kterou rychle letící fragmenty předají dalším atomůmAtom – základní strukturní jednotka hmoty, jádro je složeno z neutronů a protonů, obaly z elektronů. Rozměry atomu jsou 10−10 m, rozměry jádra 10−14 m, hustota atomu je 1011 g·cm−3, hustota jádra 1014 g·cm−3. Elektrony nejsou v atomárnáím obalu lokalizovány, můžeme určit jen pravděpodobnosti jejich výskytu v tzv. orbitalech., se na venek projeví zvýšením teploty.
Po nějaké době provozu klesne koncentrace 92U235 natolik, že reakce začne pohasínat. Je znepokojující, že se tak děje již při koncentraci 95 %. Pak už reakce běží tak pomalu, že přestane být výrobně zajímavá. Přitom energeticky jsme se ještě pořádně nerozjeli. Pouze tu energii nedokážeme z materiálu dostávat náležitě rychle a ke slovu přichází různé typy krátkodobých i dlouhodobých úložišť.
Schéma štěpení jádra uranu. Zdroj: ČEZ.
Kam s ním?
Otázku, co s vyhořelým palivem, si položil výzkumný tým profesorky Stely Trekové z Výzkumného ústavu neobnovitelného paliva. Ze zprávy vyplývá, že je pošetilé zbavovat se za drahé peníze paliva, ze kterého jsme nevyužili ještě ani 5 % jeho potenciálu. Je sice zřejmé, že ochuzený uran nemůže poskytnout dostatečný výkon na roztočení turbíny, ale to neznamená, že není schopen nízkokapacitního ohřevu. Jde jen o to, najít objekty k jeho využití. Ty jsou všude kolem nás. Experiment na sebe nenechal dlouho čekat.
Bylo jen otázkou nalezení dostatečně flexibilního výrobce, než byla odlita první železŽelezo – Ferrum, kovový prvek významně zastoupený na Zemi i ve vesmíru. Má všestranné využití při výrobě slitin pro výrobu většiny základních technických prostředků používaných člověkem. Objev výroby a využití železa byl jedním ze základních momentů vzniku současné civilizace.niční výhybka z vyhořelého paliva. Instalována byla samozřejmě tam, kde jí bylo nejvíce zapotřebí, tedy na vysoko položených alpských tratích. Ukázalo se, že takové výhybky nejen, že nezamrzají, ony ještě navíc osvětlují strojvůdcům své okolí.
Po triumfálním úspěchu se začaly zakázky jen hrnout. Otevřely se nové možnosti. Po spojení s Výzkumným ústavem otopné techniky uviděly světlo světa různá dyzajnová kamna nevyžadující kouřovod ani připojení na inženýrské sítě. Hospodyňky pak přivítají hrnce, ve kterých nevystydne polévka. Vyhřívací dečky se již obejdou bez nepohodlných přívodních kabelů... Je toho dost, a to jsme teprve na začátku.
Odkazy
