posilam Ti povidani o urychlovacove rizenych transmutorech, ktere je castecne reakci na clanek Petra Kupcika. Tady (Francie) to bohuzel nemam moznost psat s ceskou diakritikou. Pozdravuje Te a na dalsi britvy se tesi
V clanku Petra Kupcika "Kritika evolucneho chamulismu" se vyskytla cela rada elementarnich chyb v oblasti jaderne fyziky, na ktere uz castecne poukazal Pavel Vachtl. Protoze se jadernou fyzikou zabyvam a castecne se zajimam i oblast urychlovacove rizenych transmutacnich reaktoru, rozhodl jsem se o tomto problemu napsat par informaci.
Jadernou energetiku a vyuziti jadernych transmutaci v ni je mozno posuzovat ve ctyrech rovinach:
1) principialni - zda nam fyzikalni zakony moznosti pro transmutace dlouhozijicich izotopu na kratkodobe poskytuji, jake jsou, jake energie jsou k tomu potreba a jake se zase uvolnuji a podobne. Tato rovina je nezavisla na lidskem subjektu a pohled na ni se muze menit ciste lepsim poznanim objektivni reality.
2) technologicke - jestli jsme (pripadne budeme) schopni vybudovat technologie potrebne pro vyuziti nabizenych principialnich moznosti. Jake jsou jejich varianty z hlediska dostupnosti, narocnosti, bezpecnosti, ..... Tato rovina je jiz castecne subjektivni, protoze treba hranici bezpecnosti uz je posuzovana z lidskeho subjektivniho hlediska, ktere se muze casem menit.
3) ekonomicke - zda dostupne technologie a ktere z nich umoznuji ekonomicky vyhodne provadeni transmutaci. Tato rovina je subjektivni a zavisi na tom, ktere ekonomicke kategorii priklada spolecnost v dane dobe jaky vyznam.
4) politicka a psychologicka - zda se spolecnost rozhodne nabizene moznosti, ktere budou v danem obdobi principialne, technologicky i ekonomicky mozne, vyuzit. To zavisi na subjektivnich at uz racionalneji ci iracionalneji podlozenych naladach ruznych casti spolecnosti a jejich vahou pri prislusnem rozhodovani. U jaderne energetiky muzeme mezi ty racionalnejsi duvody zaradit moznosti vojenskeho vyuziti nekterych casti prislusnych technologii. Mezi ty iracionalni pak soucasnou modnost a politickou vyuzitelnost protijadernych a obecne protitechnickych postoju.
Ve svem referatu se budu zabyvat rovinou prvni a castecne druhou. Protoze nejsem ekonom, treti rovine se pokusim vyhnout. Pokud se vyslovim k rovine ctvrte necht jsou me nazory brany jako subjektivni a rovnocene s nazory libovolneho jineho cloveka. Protoze muj nazor, ze lidstvo by se melo ubirat cestou poznavani objektivni reality, vyuziti tohoto poznani, rozvoje a jiste expanze je rovnoceny s pohledem jinym. Napriklad, ze by se melo poznavani a rozvoj zastavit a vratit se treba do doby pred zacatkem technologicke civilizace. Jaky nazor ve spolecnosti prevazi je uz vec jina. Stejne tak je castecne vec subjektivniho nazoru, ktery s nabizenych energetickych zdroju si lidstvo v dane etape vybere. Kazdy ma sve vyhody i negativa.
O jadernych transmutacich se zacalo uvazovat jako o prostredku k reseni nekterych problemu soucasne jaderne energetiky a likvidace jaderneho materialu pochazejiciho z rozebranych jadernych zbrani. Existuji tri problemy vyuzivani jaderne energetiky v soucasne podobe:
1) Produkce nezanedbatelneho mnozstvi radioaktivniho materialu s izotopy s velmi dlouhou dobou zivota. Temito materialy jsou jednak stepitelne materialy jako je plutonium ci jine transurany, ktere mohou byt potencialne nezanedbatelnym zdrojem energie (ty mel na mysli M. Chamula a zapomnel na ne P. Kupcik). Plutonium je i hlavni komponenta jadernych zbrani. Dale jsou to stepne produkty, ktere pri stepeni vznikaji. K nim patri hlavne izotopy technecia Tc-99 a jodu I-129.
2) Soucasne reaktory pracujici na bazi pomalych neutronu vyuzivaji jen velmi male procento jaderneho paliva. Vyuziva se pouze izotop uranu U-235 a uran U-238, ktereho je mnohem vice se nevyuziva.
3) Soucasne jaderne reaktory pracuji v neutronovem rezimu velice blizkem kritickemu. To znamena, ze pri havarii musi existovat pojistky, ktere zajisti vypnuti reaktoru. Tedy neexistuje automaticke vypnuti v okamziku havarie a automaticnost se do systemu zavadi prave temi pojistkami.
Podivejme se, co nam rikaji fyzikalni zakony k reseni prvniho problemu. Jestlize radioaktivni izotopy s dlouhou dobou zivota vznikaji jadernou premenou s izotopu jinych, tak mohou byt pochopitelne jadernou reakci premeneny na izotop s kratkou dobou zivota nebo stabilni. K teto premene muzeme vyuzivat ruzne jaderne castice a tim i reakce, avsak nejvyhodnejsimi se v soucasnosti jevi neutrony.
Neutron je neutralni castice a proto neni odpuzovan kladnym nabojem jadra. Muze proto lehce proniknout do jadra a iniciovat prubeh pozadovane reakce. Ucinny prurez (pravdepodobnost) reakce pak zavisi na typu reakce a kineticke energii, kterou neutron ma. U uranu a transuranu se vyvolava stepna reakce, pri ktere se jadro stepi na dve jadra stepnych produktu, nekolik neutronu a uvolnuje se znacna energie. Pro transformaci stepnych produktu s dlouhou dobou zivota se pak daji vyuzit reakce zachytu neutronu s pripadnym naslednym vyletem dalsich castic (n,p,He-4,gamma). Pri techto reakcich vznikaji jadra jinych izotopu a pri spravne sekvenci reakci lze dospet k izotopum, ktere jsou uz stabilni nebo maji dobu zivota podstatne kratsi a konci u stabilnich izotopu.
Vhodnym prostredim pro provadeni transmutace jaderneho odpadu z klasickych reaktoru je velmi intenzivni pole rychlych neutronu. Ta intenzita je velmi dulezita, jak bude vysvetleno dale. Jednou z moznosti, jak ziskat takovy intenzivni zdroj neutronu jsou tzv. tristive reakce. Tyto reakce vznikaji, kdyz nukleon (proton ci neutron) nebo lehke jadro majici velmi vysokou energii (stovky MeV az jednotky GeV) narazi do tezkeho jadra v terci. Toto jadro se roztristi a pri reakci v konecnem dusledku vznikaji nukleony s vysokou energii (mohou iniciovat dalsi tristivou reakci), nizkoenergeticke neutrony a lehka jadra. Samotny prubeh reakce lze rozdelit do dvou fazi. V prvni se naletavajici nukleon srazi s jednotlivymi nukleony jadra a predava jim postupne cast sve energie. Nekterym muze predat i znacnou cast energie a tak vznikaji zminovane vysokoenergeticke nukleony. V dalsi fazi dochazi k rovnovaznemu rozdeleni energie v jadre a jadro se rozpada a zaroven zbavuje energie formou uvolnovani velkeho mnozstvi neutronu s energii nekolika MeV ( tzv. vyparovaci neutrony). Prebytku neutronu se zbavuji i lehka jadra zustavajici po rozpadu. Pri dostatecne vysoke energii naletavajici castice se vytvari v rade po sobe nasledujicich tristivych reakci sprska sekundarnich castic. Protony a jadra jsou v dusledku ionizacnich ztrat zpusobenych interakci jejich naboje s elektrony v terci zastaveny a zustava pouze velke mnozstvi neutronu s energii v oblasti jednotek az desitek MeV.
Nasim cilem je vyprodukovat co nejvice neutronu na jednu naletavajici castici a jednotku energie. Proto se pro terc vybiraji hmotna jadra s co nejvetsim poctem nukleonu. Urychlene jadro by bylo take vyhodne mit tezsi, ale proti tomu se obraci skutecnost, ze s rustem nukleonu v jadre roste i pocet protonu a tim i naboj jadra. Ionizacni ztraty takoveho jadra pri pruletu hmotou terce jsou pak umerne kvadratu naboje. Jadra s vetsim nabojem se pak rychle zastavi v terci bez tristive reakce a energie jadra se premeni na teplo a ne na produkci neutronu. Proto se jako s naletavajici castici v soucasne dobe pocita s protonem. Neutron by mohl byt jeste vyhodnejsi, ale ten se prave diky svemu nulovemu elektrickemu naboji neda urychlovat v urychlovaci.
Prave urychlovac je zdrojem vysokoenergetickych protonu potrebnych k produkci neutronu v tristivych reakcich. Takovy urychlovac musi urychlovat protony na dostatecnou energii (okolo 1 GeV) a s dostatecnou intenzitou (okolo 100 mA). Dostatecna intenzita je nutna k tomu, aby se vytvorilo dostatecne intenzivni pole neutronu (nutna je intenzita asi o dva rady vetsi nez je v tzv. rychlych reaktorech). Dostatecna intenzita neutronu je pro transmutace kriticka. Je totiz treba dosahnout vysoke pravdepodobnosti toho, ze po prvnim zachytu neutronu rychle nastane druhy zachyt. Prislusny izotop se pak nedostane do rozpadove rady vedouci k dlohodobe zijicimu izotopu, ale do rozpadove rady obsahujici pouze kratce zijici izotopy nebo se pripadne rozstepi.
Urychlene protony dopadaji na terc z tezkeho materialu. V soucasnosti se uvazuje vetsinou bud o wolframu v pevne fazi, ktery se pouziva casto ve vyzkumnych neutronovych zdrojich budovanych na bazi tristivych reakci. Nebo pak o tekutem olovu ci smesich olova a vizmutu. U wolframu by byl pri pozadovanych intenzitach dopadajicich protonu problem s odvodem vznikajiciho tepla.
Jak by tedy mohlo vypadat takove jaderne transmutacni zarizeni. Skladalo by se z urychlovace protonu s dostatecnou intenzitou, nejspise oloveneho terce, soustavy moderatoru, ktera by zajistila pozadovane energeticke spektrum neutronu a jaderneho reaktoru, kde by dochazelo k pozadovanym stepnym a zachytovym reakcim a premenam. V stepnych reakcich by vznikala energie, ktera by se vyuzivala podobne jako v klasickych jadernych reaktorech. Soucasti takoveho zarizeni by musela byt i prubezna jadernechemicka separace, pri ktere by se oddelovaly vznikle izotopy stabilni a s kratkou dobou zivota, aby nedochazelo k jejich dalsim transmutacim.
Konkretni konfigurace by pak zavisela na tom, jaky konkretni jaderny material by se tam spaloval, zda by slo o odpad s jadernych elektraren nebo plutonium s rozebranych jadernych zbrani. Zda by bylo zamereni zarizeni hlavne na spalovani radioaktivniho odpadu ci hlavne na vyrobu energie. Ktere vsechny radioizotopy bychom pozadovali spalovat.
Konstrukce takoveho zarizeni je v principu resitelna i soudobymi technologiemi. Jeji jednotlive casti funguji jako soucasti zarizeni jinych. Ovsem konkretni projekt predpoklada radu predchazejicich studii, ktere povedou ke zpresneni nasich znalosti tristivych reakci, prubehu transportu neutronu velice rozdilnych energii v ruznych materialech a ucinnych prurezu rady transmutacnich reakci. Nemene dulezite budou studie vzniku a vedeni tepla v jednotlivych castech konstrukce a prubehu chemickych reakci pouzitych pri separaci. Tak aby mohly byt provedeny presne inzenyrske simulace konstrukce pri projektovani.
Castecna studia jednotlivych problemu se provadi uz dnes v ramci ruznych vyzkumu po celem svete. Treba i v nasem ustavu se zabyvame nekterymi vlastnostmi tristivych reakci protonu s wolframem (s vyuzitim mereni na zahranicnich urychlovacich) a transportu neutronu tercem z wolframu (s vyuzitim naseho zdroje neutronu). Jsou i nektere konkretni projekty, ktere rozpracovavaji cele zarizeni napriklad v Los Alamos. Ovsem jestli se spolecnost rozhodne pro vyuziti techto moznosti v blizke dobe a poskytne na takove projekty dostatecne zdroje, neni prilis jasne.
Z uvedenych vlastnosti urychlovacem rizeneho transmutacniho zarizeni vyplyvaji tyto jeho vyhody a nevyhody.
1) System dokaze spalit dlouhozijici radioizotopy a zanechava pouze odpad s kratkou dobou zivota, jehoz aktivita by nejpozdeji do trista let klesla na uroven radioaktivniho pozadi.
2) System pracuje s energetickym spektrem rychlych neutronu a je tak v principu schopen stepit vsechny druhy stepitelnych materialu.
3) System je hluboce podkriticky s vnejsim zdrojem neutronu. Pri jakekoliv havarii se cely system automaticky vypina.
1) I kdyz jednotlive komponenty takoveho systemu se daji testovat a take testuji i v malem meritku, tak cele funkcni zarizeni se da postavit a odzkouset jen v meritku velkem. To vyzaduje pomerne velke financni vklady a pri pocatecnim vyberu spatne konkretni varianty hrozi velke ztraty. To klade velky duraz na dukladne poznani a modelovani konkretniho projektu a poznani vsech fyzikalnich a chemickych vlastnosti a velicin, ktere se mohou projevit.
2) Pri jadernechemicke separaci se pracuje s vysoce aktivnimi materialy, coz predstavuje urcite riziko pro obsluhujici personal. Klade to pak velky duraz na celkovou koncepci jaderne bezpecnosti v tomto zarizeni.
Ve svem referatu jsem chtel ukazat, ze existuje koncepce vyroby jaderne energie takovym zpusobem, ktery by silne zredukoval nebo uplne odstranil produkci radioaktivniho odpadu s dlouhou dobou zivota. Tato koncepce je realizovatelna soucasnymi nebo jen mirne vylepsenymi technologiemi. Za jakou dobu a zda vubec se tyto technologie stanou pro spolecnost ekonomicky a "politicky" atraktivni a zda je bude potrebne a mozne vyuzit, je uz veci jinou. V kazdem pripade by vsak podle meho nazoru mela spolecnost tyto moznosti drzet v patrnosti a alespon ramcove studie a zlepsovani znalosti teto problematiky podporovat. Aby v pripade, ze se objevi nutnost tyto technologie vyuzit, byla na to pripravena.
