Jsme vedoucí organizací v mezinárodním konsorciu pro výzkum superkritických technologií pro jaderné reaktory,

řekl CzechIndustry Martin Ruščák, jednatel a ředitel společnosti Centrum výzkumu Řež, s.r.o.

Proč vlastně Centrum výzkumu Řež (CV Řež) vzniklo a jakým hlavním činnostem se věnuje?

CVŘ vzniklo před dvanácti lety jako výzkumná organizace v oblasti energetiky. Dnes je znalostní organizací, která se profiluje v rámci Skupiny ÚJV v předkomerčním výzkumu energetických technologií, převážně jaderných. Šedesátiletá tradice řežského „jaderného“ údolí a koncentrace špičkových inženýrů nám pomáhá stát se v České republice centrem pro předkomerční výzkum technologií dalších generací jaderné energetiky včetně jaderné fúze. Neděláme si iluze, že nikdo jiný nebude tento výzkum dělat a jsme samozřejmě otevřeni spolupráci. Je to přirozené typem projektů, například Udržitelná energetika (SUSEN), reaktor JHR (Jules Horowitz Reaktor) ve Francii, reaktory čtvrté generace nebo fúzní reaktory a jiné menší projekty, které jsou financovány z velké části z grantových rozpočtů. Nebo v neposlední řadě tím, že u nás pracují lidé zapáleni pro inovativní a netradiční řešení výzev v rozvoji energetických technologií. V ideálním světě by naše představa fungování CV Řež mohla mít formu inkubátoru nových myšlenek, experimentálních prací a technologických aplikací, které potom jiné organizace, například ÚJV Řež, a. s., převezmou do praxe a uplatní je tam.

 

Podívejme se teď na jednotlivé vaše aktivity podrobněji. Začněme u výzkumných reaktorů LVR-15 a LR-0 …

Jaderné reaktory jsou v Řeži od roku 1957. Tehdy byl spuštěn reaktor VVR-S a uskutečněna právě tady v Řeži první štěpná reakce v Československu. Dnes je, po modernizaci na přelomu 80. a 90. let, tento reaktor označován jako materiálový reaktor LVR-15. Reaktor je unikátní právě tím označením materiálový, což znamená, že jeho hlavní určení je studium chování materiálů v prostředí neutronů a gama záření. Zároveň výkonem 10 MW patří mezi středně velké reaktory a ve střední Evropě je jeho výkon velmi špičkový. Druhý reaktor LR-0 má tzv. nulový výkon, který je ale zhruba 500 W a slouží zejména pro velmi jemná a citlivá měření související se zónami v reaktorech. Do portfolia činností CV Řež přešly oba reaktory v roce 2010 a 2011.

 

K čemu jsou využívány reaktory v praxi?

Reaktor LVR-15 využíváme především pro programy hodnocení životnosti komponent jaderných elektráren, dále pro průmyslové neenergetické aplikace, například výrobu velice homogenních polovodičů na bázi křemíků, v neposlední řadě pak pro vývoj a výrobu radiofarmak. Co je na reaktoru zajímavé, je to, že kolem něj jsou soustředěny další experimentální technologie typu experimentálních smyček, kterými do reaktoru přivádíme jiné prostředí v uzavřeném potrubí. V tomto prostředí jsou zkoušena tělesa i na kombinaci faktorů, kterými je zkoumaný materiál zatížen v reálném provozu. To znamená mechanické zatížení, vysoké teploty, tok média, gama a neutronové záření a další vlivy, které jsou v reálných komponentech. Druhý reaktor, LR-0, nám dokáže přesně nasimulovat podmínky v energetickém reaktoru z hlediska možností měření neutronového toku. Rovněž jej využíváme pro výuku a na tréninky, kterých se účastní jednak čeští studenti, ale organizujeme tréninky i pro zahraniční organizace a univerzity. Zároveň je reaktor součástí projektu Kapacita za nápady.

 

K nejsledovanějším projektům bezesporu patří Udržitelná energetika (Sustainable Energy - SUSEN). Co všechno představuje?

Je toho hodně, ale zastavme se alespoň u toho nejdůležitějšího, co SUSEN charakterizuje. Především jde o projekt, který rozšiřuje významným způsobem experimentální možnosti, jež v CV Řež máme. Vznikají unikátní technologie hodnocení materiálů a technických řešení pro stávající reaktory generací II a III, nové technologie tzv. Generace IV (GIV) a jaderné fúze. Tady navazujeme například na naši spolupráci s projektem ITER, což je výstavba vysokoenergetického tokamaku v jižní Francii. Mezinárodní komunita v mnoha případech čeká na spuštění těchto technologií do provozu, jako příklad bych chtěl uvést zařízení pro zkoušky první stěny fúzního reaktoru nebo smyčku pro zkoušky vysokoteplotního hélia. Kolem projektu SUSEN vznikají nové experimentální technologie a týmy pro obsluhu těchto technologií. Projekt sám byl vymyšlen kolem roku 2006-2007 a v roce 2011 byl schválen MŠMT ČR. Představuje investici ve výši téměř 2,5 miliardy korun, která má být realizována v Řeži a v Plzni. Jde o dvouregionální projekt ve kterém je naším ceněným partnerem také Západočeská univerzita Plzeň. Projekt je zaměřen na čtyři základní oblasti, v nichž je celá řada technologií.

 

Zastavme se tedy u jednotlivých oblastí podrobněji.

První oblast se nazývá technologické a experimentální okruhy a obsahuje v sobě vývoj technologií pro Generaci IV jaderných reaktorů a pro fúzi. Stavíme v rámci tohoto projektu technologie pro experimentální práce v oblasti plynem chlazených rychlých reaktorů, vysokoteplotních plynem chlazených reaktorů, reaktorů chlazených superkritickou vodou a reaktorů chlazených těžkými kovy. Ve všech těchto oblastech se vyvíjí experimentální zařízení typu smyček, které nám umožňují testovat jednak termohydraulické podmínky, které jsou v těchto prostředích například ve vztahu k havarijnímu chlazení nebo těžkým haváriím a také samozřejmě testovat materiály a komponenty. Unikátním spojením mezi technologickou smyčkou pro vysokoteplotní helium nebo superkritickou vodu a našim reaktorem LVR-15, vznikne světově jedinečné zařízení. V oblasti fúze jsme velice dobře etablovaní jak v projektu ITER tak v projektu EUROFUSION.

Druhá oblast projektu SUSEN se jmenuje Strukturální a systémová diagnostika a je zaměřena na podporu bezpečnosti stávající technologie jaderných elektráren generací II a III. Zde je důraz kladen zejména na podporu dlouhodobého bezpečného provozování jaderných zařízení, u kterých se počítá, že by jejich životnost měla jít za rámec až šedesáti let a kde je potřeba zajistit, aby příslušné komponenty prokázaly dostatečnou životnost a bezpečnost. Zároveň v tomto projektu stavíme zařízení pro kvalifikace nedestruktivních zkoušek, výrobu materiálů s vadami pro kvalifikaci těchto zkoušek nebo zařízení pro kvalifikaci zařízení pro případy tzv. LOCA havárie spojené s únikem chladiva z primárního okruhu. Stavíme nové horké komory, které umožní manipulaci s vysoce ozářeným materiálem až do úrovně, která odpovídá dlouhodobé životnosti jaderných elektráren nad 60 let. Horké komory budou vybaveny kompletní technologií pro hodnocení materiálů – od strukturních a substrukturních analýz až po mechanické a korozně mechanické zkoušky. Musejí také zajistit výrobu zkušebních těles z ozářeného materiálu.

Třetí oblast se týká palivového cyklu a především jeho zadní části. Tady stavíme technologie a sestavujeme týmy pro hodnocení dlouhodobé bezpečnosti a spolehlivosti finálního ukládání vyhořelého paliva, dále se budou dělat experimenty a hodnocení v oblasti zpracování vyhořelého paliva. Vyvíjíme technologii tzv. studeného kelímku, která umožňuje dosáhnout vysokých teplot a vyhořelé palivo zpracovávat. Velmi zajímavým tématem je modelování vlastností tzv. coria, což je tavenina, která vzniká při těžké havárii z vnitřku reaktoru. Z jiného soudku je oblast monitorování životního prostředí a to včetně účasti na mezinárodním programu zamezení šíření jaderných zbraní. Jednou z technologií, které pořizujeme, je analytická technologie „SIMS“ dovolující detekci extrémně nízkých koncentrací látek. Ta umožní, abychom se stali součástí mezinárodní sítě organizací, které monitorují potencionální nelegální jaderné zkoušky.

Ve čtvrté oblasti, která se nazývá Materiály, budujeme kompletní mechanickou laboratoř schopnou měřit špičkovými metodami mechanické vlastnosti oceli nebo obecně materiálů do vysokých teplot. Tím pádem bude použitelná jednak pro nové technologie v oblasti klasické energetiky, třeba superkritické technologie a třeba taky při hodnocení materiálů pro Generaci IV. V této části projektu je největší provázanost s ZČÚ Plzeň, kde se budou vytvářet laboratoře pro svařovací technologie.

Pro koho vlastně bude SUSEN určen, kdo se do něj může zapojit nebo jeho výsledků využívat?

Projekt SUSEN, tím, že je hrazen z veřejných peněz, tak funguje na principu tzv. open-acces. To znamená, že týmy a infrastruktura budou propojeny a využitelné externími organizacemi, zejména veřejnými jako jsou akademie věd nebo vysoké školy, ale i komerčními za příslušnou úplatu. Vždy ale bude platit, že projekt SUSEN má své odborné cíle, to je priorita, ty musíme naplnit především. Abychom toho ale dosáhli, potřebujeme další finanční prostředky, které, jak doufáme, získáme z financování, které pro vědu dnes existuje. A pokud by jiná organizace měla zájem tuto infrastrukturu používat, naše expertiza je jí k dispozici. Využití samozřejmě bude záviset na zájmu a kapacitních možnostech a určitě to bude formou nějakého veřejného výběru se zaměřením na to kdo, co, na čem bude pracovat, aby to splňovalo cíle projektu SUSEN, jak jsou postaveny.

 

Jak je tedy projekt SUSEN financován?

Dnes je financování zajištěno do konce roku 2015 a to už v sobě obsahuje start up grant na poslední roky projektu. Od roku 2016 bude muset být SUSEN financován z jiných zdrojů a to jednak ze standardních projektů, které máme a kde se zúčastňujeme soutěží u TA ČR, grantové agentury, HORIZONT 2020 a dalších a pak z komerčních projektů. Podle našich analýz bude potřeba také podpora i ze strany státu. Tady velmi spoléháme na projekt, který se nazývá Národní program výzkumu II. Z toho by část projektu měla být financována v roce 2016.

 

Staví se podobná infrastruktura ještě někde jinde v Evropě?

Takto koncipovaná, spíše ne. V oblasti jaderných technologií samozřejmě ano, ale jsou to především výzkumné reaktory a to zejména JHR ve Francii. Navíc, v rámci strukturálních fondů EU, je to jediný projekt v jaderných technologiích financovaný EU.

 

Centrum výzkumu je rovněž uváděno v souvislosti s projektem Jules Horowitz Reaktor (JHR) ve Francii, o co konkrétně jde?

JHR bude nový materiálový výzkumný reaktor o výkonu 100 MW. Bude to absolutní špička, unikát a žádný podobný ve světě hned tak nebude. My se podílíme stavbou horkých komor, což je zařízení určené pro manipulaci s aktivním materiálem včetně paliva. V rámci této zakázky jsme v Řeži vybudovali celý proces od designu po výrobu, řízení dodavatelů a spouštění včetně předání horkých komor provozovatelům na místě ve Francii. JHR umožní naprosto nový typ experimentů pro zvyšování bezpečnosti a spolehlivosti jaderných elektráren. Urychlí zkoumání některých jevů. Ve vyjádření poškození materiálu, které vzniká při ozáření neutrony, tak hodnoty poškození, které dosáhneme na zkušebních tělesech na našem reaktoru LVR-15 za rok, se na JHR dosáhnou za měsíc. Je velkou výhodou pro ČR, že prostřednictvím zapojení ÚJV Řež, a. s., a CV Řež s.r.o., v tomto projektu, budou mít organizace z ČR, tj, vysoké školy nebo akademie věd, přístup na toto zařízení. Navíc se nám podařilo původní podíl na budoucí padesátileté kapacitě reaktoru zvýšit z 2 % na 3 %. To vypadá jako málo, ale když si uvědomíme, že na reaktoru bude nějaký dvacet i víc experimentálních zařízení tak to může znamenat přístup k jednomu z nich až na rok. Takže je to hodně. Z tzv. menších účastníků projektu jsme vlastně největší.

 

Vraťme se k projektům a výzkumu, jež v CV Řež realizujete, které z nich jsou v současnosti nejzajímavější?

Určitě to jsou projekty, které realizujeme v rámci ITER, například testování komponent na první stěnu fúzního reaktoru nebo některé spojené s EUROFUSION zaměřené na technologie spojené s fúzním reaktorem, ale to je spíše výhled do budoucnosti energetiky. Zajímavé projekty uskutečňujeme v oblasti životnosti jaderných elektráren, kdy naši výpočtáři přispívají neutronickými výpočty do hodnocení životnosti tlakové nádoby a vnitřní vestavby reaktoru. Další typ projektů vychází z faktu, že jsme vedoucí organizací v mezinárodním konsorciu pro výzkum superkritických technologií pro jaderné reaktory a spravujeme velký mezinárodní projekt v této oblasti. Zajímavý projekt provádíme společně s organizacemi v USA, zejména DoE a MIT. Je zaměřený na soli fluoridu lithného a berylnatého (7LiF-BeF2). Jedná se o strategickou surovinu, zapůjčenou ze zásob USA. Je potřebná pro výzkumnou část programu FHR (Fluoride cooled High temperature Reactor). Experimenty s touto látkou předpokládají zkoumání jejího využití v jaderných reaktorech Generace IV, kde by měla sloužit jako chladivo a nedílná součást aktivní zóny reaktoru. Je tady také projekt zkoušky životnosti betonu, velice důležitý, protože jde o jeden z komponent reaktoru, který bude ovlivňovat jeho životnost a nejde vyměnit jako třeba kabeláž nebo čerpadla. A je jich ještě řada...

Celý článek ke stažení zde:

Řež.pdf