Vědci z USA dosáhli milníku: Nová metoda opticky měří jaderné palivo pro vyšší bezpečnost

Tým z Oak Ridge National Laboratory vyvinul unikátní kamerový systém, který umožňuje sledovat chování obalů jaderného paliva v podmínkách simulované havárie. To zásadně zlepší bezpečnost budoucích reaktorů a podpoří návrat jaderné energetiky.

Vědci z Oak Ridge National Laboratory (ORNL) v USA vyvinuli novou metodu, která umožňuje první optické měření komerčně ozářených obalů jaderného paliva svého druhu. Tento pokrok pomůže lépe porozumět chování obalů jaderného paliva v havarijních podmínkách, čímž se zvýší bezpečnost.

Jaderná energie, s důrazem na snižování emisí, má potenciál k výraznému návratu. Na rozdíl od obnovitelných zdrojů, jako je vítr a slunce, které fungují jen omezený počet hodin denně, může jaderná energie pokrývat energetické požadavky nepřetržitě, aniž by uvolňovala uhlík do atmosféry. Nicméně rozsáhlé využívání jaderné energie přináší i vlastní problémy. Obavy z radioaktivního odpadu a rizika nehod donutily země omezit své jaderné ambice. Cestou vpřed je zajištění zvýšené bezpečnosti jaderných zařízení.

Jaderné palivo pod extrémním zatížením

Jaderná zařízení potřebují k provozu širokou škálu materiálů. Ty jsou před začleněním do konečného návrhu reaktoru intenzivně testovány. Přesto nehody v jaderných zařízeních odhalují oblasti, které byly přehlédnuty, nebo vlastnosti materiálů, které nemohou zaručit stoprocentní bezpečnost. Jedním z hlavních důvodů tohoto nedostatku je složitost testovacího prostředí pro jaderná zařízení. Není možné testovat všechny typy scénářů v jaderném zařízení. Zaprvé, replikovat havárii v plném rozsahu není proveditelné. Zadruhé, testovací zařízení nemůže odolat extrémním podmínkám jaderné havárie. V extrémních prostředích s vysokým teplem a radiací elektronické komponenty nemohou odolat teplu ani efektivně fungovat, což omezuje sběr dat.

Jak vědci překonali výzvy

Vědci z ORNL se rozhodli tyto výzvy překonat vytvořením kamerového systému, který dokáže pořizovat snímky v podmínkách podobných havárii. Tým ORNL využil své odborné znalosti v oblasti materiálů a jaderné vědy k úpravě kamerového systému tak, aby mohl na dálku pořizovat vysoce kvalitní fotografie vzorků zvenčí silně stíněné oblasti. Tato stíněná oblast, známá jako horká komora, chrání kameru, zatímco nepřetržitě pořizuje snímky vzorků. Tato nová schopnost umožnila týmu provádět simulace, které by jinak byly nemožné. Při této příležitosti vědci simulovali nehodu se ztrátou chladiva, která je poměrně vzácná.

Tým sestrojil zařízení pro sběr snímků během simulace. Kamera namontovaná na zařízení sbírala vysoce kvalitní snímky rychlostí čtyř snímků za sekundu. Pomocí digitální korelace obrazu (DIC) vědci získali podrobné měření chování obalu během simulované události. Jedná se o důležitý pokrok a test kvalifikace jaderných materiálů a paliva. „DIC nám poskytuje jasnější a úplnější obrázek o tom, co se děje během těchto vzácných událostí,“ uvedla Mackenzie Ridley z ORNL. „Tato měření slouží jako vstup pro modely, které mohou upřesnit a rozšířit parametry bezpečnostní kvalifikace pro palivo s vysokým vyhořením a palivo odolné proti haváriím.“