Výsledky výzkumu jsou přesvědčivé a navzdory cennému materiálu není výroba vrstvy z diamantových nanokrystalů nedostupnou záležitostí. Vědci usilují o získání patentu v USA a v Koreji a v současnosti vede Centrum pro Inovace a trasfer technologií Fyzikálního ústavu AV ČR jednání o prodeji patentovaných řešení s řadou evropských, asijských a amerických výrobců jaderného paliva.
Palivový článek pokrytý diamantovou vrstvou
„Je to zcela nový způsob ochrany povrchu palivových článků,“ říká Irena Kratochvílová z Fyzikálního ústavu AV ČR. „Prakticky nikdo nečekal, že velmi tenká polykrystalická diamantová vrstva tak významně zhorší podmínky pro korozi kovového substrátu v jaderném reaktoru, a to dokonce o desítky procent jak za pracovních, tak i za havarijních teplot,“ doplňuje vědkyně, která významným způsobem přispěla k výzkumu.
S velmi dobrými výsledky proběhly také testy ochrany zirkoniových slitin proti korozi pokrytím dvojitou vrstvou. „Tyto dvouvrstvé povlaky snižují oxidaci povrchů oproti nechráněným vzorkům o více než 88 % při pracovních podmínkách a o 17 % při havarijních teplotách reaktoru,“ upozorňuje spoluautorka řešení.
Inovativní řešení antikorozní ochrany povrchu zirkoniových slitin užívaných v jaderných reaktorech patentovali v rámci České republiky Radek Škoda, Jan Škarohlíd z Fakulty strojní ČVUT a Irena Kratochvílová, František Fendrych, Andy Taylor z Fyzikálního ústavu AV ČR již v roce 2015. Patent byl podpořen dalším výzkumem a rozsáhlými testy v rámci projektu TA ČR ve spolupráci s americkou firmou Westinghouse.
Žádost o udělení evropského patentu u Evropského patentového úřadu v Haagu podali výzkumníci v roce 2016. V dubnu 2020 vydal Evropský patentový úřad definitivní souhlas s jeho udělením.
Schéma palivového článku s ochrannou dvojvrstvou
Řešení výrazně sniží ekologickou zátěž
„Po Fukušimě všichni výrobci jaderného paliva zkoumají a testují odolnější pokrytí a v následujících deseti letech uvidíme jeho běžné použití ve všech reaktorech na světě“, zdůrazňuje Radek Škoda, který v současnosti působí na Českém institutu informatiky, robotiky a kybernetiky ČVUT.
Prvotním důvodem bylo omezit, případně zamezit, vysokoteplotní oxidaci zirkonia při havarijních stavech s teplotami nad 800 °C. Během této exotermické reakce se uvolňuje obrovské množství tepla, ale také vodíku, který může explodovat, zkorodované zirkoniové tyče mohou popraskat a uvolnit radioaktivní látky do primárního okruhu. Uvolňování tepla také dále komplikuje chlazení aktivní zóny a posiluje další průběh vysokoteplotní oxidace zirkoniové slitiny. Tento druh koroze zirkoniových slitin se dle patentu sníží pokrytím vnějšího povrchu jaderného paliva ochrannou polykrystalickou diamantovou vrstvou.
„V rámci dalšího výzkumu jsme ale zjistili i značný potenciál polykrystalické diamantové vrstvy ve snižování koroze palivových článků, a to až o 40 % za pracovních teplot reaktoru,“ uvádí Radek Škoda. Tím se podle něj prodlouží doba použití paliva, které se typicky odstraňuje z reaktoru z důvodu zkorodovaného povrchu a nikoli dostatečného vyhoření.
Zdroj: Akademie věd ČR, ČVUT v Praze
redakčně upraveno
