Objev nejstaršího jaderného reaktoru na Zemi

K objevu z roku 1972 přispěl svým dílem všímavý francouzský chemik, který pracoval v chemickém závodu pro zpracování jaderného paliva. Ten během rutinní analýzy vzorků z afrického uranového dolu v Oklu (Gabonská republika) zjistil, že jsou obohacené uranem 235 jen z 0,717 % namísto očekávaných 0,720 %. Na základě jeho podnětu se tímto nepatrným rozdílem začala zabývat francouzská komise pro atomovou energii. Po důkladném prozkoumání dolu v Gabonu došla ke zjištění, že se v jeho okolí nachází 6 přírodních jaderných reaktorů.

Ty jsou podle závěrů zkoumání přes 2 miliardy let staré a co do způsobu provádění jaderných reakcí dokonce pokročilejší než ty, které uměle vytvořil člověk. Pro své fungování využívaly přírodní reaktory vodu jako neutronový moderátor, za jejíhož využití docházelo k zahřívání a následnému chlazení. Nejstarší přírodní reaktor byl aktivní po 150 000 let, přičemž „spínal“ ve 30minutových intervalech. Jeho činnost byla možná jen za předpokladu existence ideálních podmínek (včetně dokonale čisté přírodní vody). V opačném případě by vybuchl nebo přestal fungovat.

Lokalita nabízí ideální podmínky pro vznik reaktoru

Kromě příhodných podmínek okolního prostředí dolu v Oklu je jedním z důvodů, proč k jaderným reakcím vůbec došlo, historická přítomnost lépe štěpitelného izotopu 235 v přírodním uranu. Jeho množství vědci odhadují na 3 % (což je významný rozdíl oproti současným 0,72 %), která jsou nicméně stále příliš málo pro průběh úspěšné jaderné reakce. Vzhledem k tomu, že k reakci nakonec došlo, se vědci domnívají, že dřívější podoba uranu byla na izotop U-235 mnohem bohatší.  

Společně s vysokým podílem U-235, přítomností křišťálově čisté vody a při ideální velikosti „reaktorových zón“ mohlo v Oklu docházet před miliardami let k jaderným reakcím. Badatele ohromil i fakt, že se jaderný odpad stále drží na témže místě – skutečnost vysvětlují specifickým podložím.

Skeptici nicméně přišli s řadou hypotéz, které proklamují, že za vznikem reaktoru nestojí příroda, ale „něco“ jiného. Příkladem může být Silurská hypotéza, která uvažuje pravěkou lidskou civilizaci. Její příslušníci prý reaktor zkonstruovali, avšak v průběhu věků následně ztratili své znalosti, případně civilizace zanikla. Jiné teorie hovoří o mimozemšťanech, kteří do oblasti přinesli své znalosti a technologie.

Článek Badatelé odkrývají tajemství nejstaršího jaderného reaktoru na světě. Jsou mu 2 miliardy let a je přírodního původu se nejdříve objevil na VědaŽivě.cz.

První průnik do postižených reaktorů

Aktuálně přišly z této nechvalně známé jaderné elektrárny dvě dobré zprávy. V první řadě se výzkumnému robotu nové generace podařilo dostat do reaktoru první energetické jednotky. Dokonce odtud i poslal několik fotografií. Druhou pozitivní zprávou je, že se provozovatel elektrárny – tedy společnost TEPCO – vážně zabývá plánem likvidace a dekontaminace celého zařízení. Snahy o průnik do reaktorů elektrárny proběhly už dříve.

Poslední pokus se odehrál v roce 2017 a nesetkal se s úspěchem. Robot tehdy sice skoro dosáhl svého cíle, jenže kvůli vysoké hladině radiace nezískal žádné použitelné informace. Nové stroje následně navrhly organizace Hitachi-GE Nuclear Energy a také International Nuclear Infrastructure Decommissioning Research Institute, a to speciálně pro Fukušimu. První robot ROV-A se do reaktoru dostal a jeho fotografie ukazují trosky a ponurou černou látku.

Vyhlídky na další etapy aktivit

Tato hmota je s největší pravděpodobností roztavené jaderné palivo. Robot také oznámil, že radiace ve vnitřních prostorách přesáhla hranici 2 sievertů. To je dvojnásobek smrtelné dávky pro lidský organismus. Robot provedl měření z dálky, do konce letošního roku se ale další stroje pokusí získat vzorky přímo z druhého reaktoru. V této oblasti je totiž situace pro studium momentálního stavu přece jen o něco příznivější.

Jak vysvětlil sám provozovatel, jedná se o začátek programu mapování prostor uvnitř jaderných bloků. Cílem je zjistit lokaci co největšího počtu radioaktivních úlomků. Experti následně určí, jak jsou konkrétní kusy nebezpečné a jakou metodou je následně extrahovat. Také určí přítomné izotopy, a tudíž roztřídění podle konkrétního nebezpečí. Dle odhadů čeká na likvidaci nejméně 900 tun roztaveného paliva a projekt bude trvat 30–40 let.

Co jste dělali, když došlo k této jaderné havárii?

Zdroj: Science

Článek Vědci získali první snímky z nitra jaderných reaktorů ve Fukušimě. Pohled na ně je děsivý, ale přinesly zásadní informace se nejdříve objevil na VědaŽivě.cz.

Černobylská elektrárna, Pripjať a okolí

Elektrárna sestávala ze čtyř reaktorů, navržených a postavených v 70. a 80. letech 20. století. Další součástí byl lidmi vytvořený vodní rezervoár velký asi 22 kilometrů čtverečních, který reaktory chladil a byl napájen řekou Pripjať. Samotné město Pripjať bylo založeno roku 1970 a se vzdáleností méně než 3 kilometry bylo nejbližším městem. V roce 1986 tu žilo skoro 50 000 lidí. Menší a starší město Černobyl bylo asi 15 kilometrů daleko a zahrnovalo 12 000 obyvatel.

Antes de iniciar, é necessário falar sobre a madrugada do dia 26 de abril de 1986, quando partículas radioativas se espalhavam pelo o céu em decorrência da explosão do reator número quatro da Central Nuclear de Chernobyl. pic.twitter.com/pHvcectWNI

— História em Fatos (@historiaemfatos) June 27, 2020

Zbytek regionu tvořily hlavně farmářské usedlosti a husté a rozsáhlé lesy. Černobylská elektrárna používala reaktory RBMK-1000 podle sovětského návrhu. Jde o typ, který je dnes univerzálně považován za konstrukčně vadný. Tyto reaktory sestávaly z tlakových trubek, jež využívaly jako palivo obohacený uran U-235 k ohřevu vody. Vytvářely tak páru, která roztáčela turbíny reaktoru a vyráběla elektřinu.

Reaktor s vlastním životem

Ve většině reaktorů je voda také použita k chlazení a zároveň k úpravě reaktivity jádra reaktoru odebráním nadbytečného tepla a páry. Reaktor RBMK-1000 ale používal ke kontrole reaktivity grafit, který současně udržoval jadernou reakci ve stálém běhu. Jak se jádro ohřívalo a vytvářelo další páru, stávalo se reaktivnějším. Vznikala tak pozitivní zpětná vazba a smyčka, které inženýři říkají „positive-void coefficient“.

Exploze nastala 26. dubna 1986 během běžné kontroly, aspoň podle rozboru UNSCEAR, Komise OSN pro efekty radiace. Operátoři plánovali testování elektrických systémů, přičemž odpojili zcela klíčové kontrolní mechanismy, což šlo proti bezpečnostním předpisům. To způsobilo, že generátor dosáhl nebezpečné nestability a velmi nízkých úrovní výkonu. Přes některé nejasnosti příčin panuje shoda, že za explozí stála nadbytečná pára.

Výbuch a smrt ve větru

Tento masivní nadbytek způsobila redukce chladicí vody, kvůli čemuž se pára koncentrovala do chladicích trubek. To způsobilo obrovské přepětí, které operátoři nedokázali nijak vypnout. K výbuchu došlo v 1:23 hodin po půlnoci, zničil celý reaktor a zažehl obrovský požár. Radioaktivní trosky z paliva a součástek reaktoru pršely na celou oblast, zatímco oheň se šířil od budovy reaktoru na sousední objekty.

Toxické výpary a prach pak odnášel vítr, se kterým šly i produkty jaderného štěpení a vzácné plyny bez barvy a zápachu. Exploze zabily dva pracovníky, kteří byli prvními z hrstky osob usmrcených bezprostředně po nehodě. Během následujících dnů se ale v důsledku požáru a obrovské radiace vyšplhaly statistiky úmrtí na mnohem vyšší čísla. Úvodní oheň byl uhašen za 5 hodin, ten živený grafitem ale trval 10 dní a bojovalo s ním 250 hasičů.

Následující dny a týdny

Během 3 měsíců po černobylské katastrofě zemřelo na následky radiace a dalších efektů podle NRC 31 lidí. V letech 1991–2015 bylo dalších víc jak 20 000 osob diagnostikováno s rakovinou štítné žlázy. Ta se podle zprávy UNSCEAR týkala hlavně pacientů, kterým bylo v době nehody méně než 18 let. Ačkoli může existovat mnoho dalších případů, celková hladina těchto dopadů Černobylu je nižší, než se původně očekávalo.

Někteří experti se domnívají, že neopodstatněný strach z otravy radiací vedl k většímu utrpení než samotná katastrofa. Mnoho doktorů například doporučilo těhotným ženám jít na potrat, aby se vyhnuly riziku narození postiženého dítěte. Skutečná úroveň jejich ozáření byla dle vedení UNSCEAR příliš nízká, aby způsobila závažné potíže. Krátce po úniku uhynulo v okolí Černobylu množství stromů, což se projevilo jejich jasně červenou barvou.

Kolik let vám bylo v době, kdy k této katastrofě došlo?

Zdroj: LiveScience

Článek Černobyl. Nejhorší jaderná katastrofa v historii lidstva. Panuje kolem ní stále mnoho nevyjasněných otázek a okolností se nejdříve objevil na VědaŽivě.cz.

V budoucnu nejen ve hvězdách?

Když je objem výsledných atomů na konci reakce menší než objem těch, které do ní vstoupily, nadbytečný objem se změní v energii. Fúze napájí Slunce a další hvězdy, v jejichž nitru spojuje obrovská gravitace jádra vodíku a vytváří tak helium. K tomu je ale potřeba enormní množství energie, které se objevuje jen při teplotách v řádu 100 milionů stupňů Celsia. Nicméně je získáno mnohem víc energie, než kolik je jí do reakce vloženo.

Současně s tím tato reakce nevytváří skleníkové plyny jako oxid uhličitý, hlavní motor globálního oteplování. Stejně je tomu s ostatními běžnými odpady z reakcí. A pokud jde o palivo, například právě vodíku je na Zemi opravdu dostatek na to, aby touto metodou zásobil lidstvo na další miliony let. Prakticky všechny zúčastněné vědce přitáhl k těmto studiím úmysl vyřešit skutečně vážný celosvětový problém.

Snaha o dopad na společnost

Podle Martina Greenwalda, fyzika plasmy na MIT a jednoho z hlavních vědců za výrobou nového reaktoru, jde hlavně o vyřešení globální krize. „Civilizace je ve velkých problémech a tohle vypadá, že by to mohlo vyřešit.“ Většina dosavadních experimentálních fúzních reaktorů využívá ruský design ve tvaru koblihy zvaný tokamak. Tento model používá silné magnetické pole, aby izoloval obláčky plazmatu a dovedl je do vysokých teplot.

Ty jsou dostatečné na to, aby se uvnitř několik atomů spojilo. Nový experimentální model zvaný SPARC je vyvíjen přímo vědci z MIT a přidruženou společností Commonwealth Fusion Systems. Pokud záměr uspěje, bude právě SPARC prvním, který dosáhne „hořícího plazmatu“. V takové situaci je fúzní reakce soběstačná bez potřeby přidávání nové energie. Jenže v pozemských podmínkách se tohle zatím nikomu kontrolovaně nepodařilo.

Zahájení konstrukce v červnu

Projekt sám byl spuštěn už v roce 2018 a konstrukce je v plánu příští červen se zahájením funkčnosti v roce 2025. Jde o mnohem rychlejší pokrok než u dosavadního největšího reaktoru na světě ITERu, u něhož se spuštění reakce neočekává do roku 2035. Výhodou SPARCU jsou také magnety určené přímo na plazma, které se staly komerčně dostupnými teprve v době před asi třemi lety, tedy dlouho po návrhu ITERu.

Právě nový typ magnetů dovoluje, aby bylo srdce SPARCu asi 3krát menší a až 70krát menší než jádro ITERu, které měří na šířku 6 metrů. Redukce velikosti s sebou nese také menší váhu a samozřejmě cenu, jde skutečně o radikální změnu parametrů. Podle souboru studií se od SPARCu očekává, že bude generovat minimálně 2 – 10krát tolik energie, než kolik bude dovnitř vloženo. K tomu aspoň dospěly podrobné kalkulace.

Produkce páry a pohon turbíny

Teplo vycházející z reakce bude vytvářet páru, která požene turbínu a elektrický generátor. Jde v principu o zcela stejnou metodu, jakou používají elektrárny dneška. Fúzní elektrárny by mohly být jasnou náhradou těch fosilních a není kvůli tomu potřeba jakkoli předělávat současné rozvodné sítě. Naproti tomu obnovitelné zdroj jako solární nebo větrné generátory nejsou na současné parametry adekvátně uzpůsobeny.

Badatelé hlavně doufají, že reaktory inspirované SPARCem budou generovat mezi 250 – 1 000 megawatty elektřiny. Podle Greenwalda elektrárny na současném americkém trhu s energiemi obvykle vyrábí mezi 100 – 500 megawatty. SPARC bude vyrábět pouze teplo, nikoli samotnou elektřinu. Po jeho otestování je v plánu stavba ARC reaktoru, který by z tepla vyráběl přímo elektřinu a byl v provozu od roku 2035. Ambiciózní a náročný cíl.

Jak se na tento záměr a plán díváte?

Zdroj: LiveScience

Článek Reaktor generující energii pomocí jaderné fúze má slibné vyhlídky. Mluví se o spuštění v roce 2025 se nejdříve objevil na VědaŽivě.cz.

Nejen to na obloze

Celé zařízení je známo jako EAST – anglicky Experimental Advanced Superconducting Tokamak. Toto umělé slunce dosáhlo teploty plazmatu přes 120 milionů stupňů Celsia. Udrželo ji po dobu 101 vteřin, než si vědci uvědomili teplotu 160 milionů Celsia trvající dalších 20 vteřin. Cílem zařízení je vytvořit energii podobnou té sluneční. K tomu chtějí využít deuterium, izotop obsažený běžně v oceánech. Ten může poskytnout plynulý zdroj čisté energie.

Podle dosavadních odhadů by jeden litr mořské vody měl obsahovat dostatek deuteria na produkci energie srovnatelné se třemi stovkami litrů běžného benzínu. Čína obecně doufá, že tento postup v budoucnu nahradí fosilní paliva jako je uhlí, ropa a zemní plyn právě fúzní energií. Snaží se totiž dosáhnout uhlíkové neutrality a mnohem ekologičtější společnosti, než jak je současná momentálně nastavena.

Masivní pokrok pro budoucnost

Jde obecně o obrovský pokrok pro čínskou fyziku a inženýrskou oblast. Úspěch tohoto pokusu pokládá základy pro budoucí vybudování vlastní jaderné stanice pro fúzní energii. Místní zařízení je také součástí mezinárodního termonukleárního experimentálního reaktoru. Jedná se o společnou snahu vedenou vědci po celém světě. Tato iniciativa zahrnuje vědce z Číny, Evropské Unie, Indie, Japonska, Jižní Koreje, Ruska a USA.

Vědci doufají, že pokud se jim podaří udržet současné tempo postupu, úspěšného procesu jaderné fúze by se dalo dosáhnout během následujících tří desítek let. Snaha nahradit fosilní paliva čistým zdrojem není nijak nová. Kromě ní se také další skupiny vědců snaží najít jiné zdroje pro výrobu právě ropy. Jednou z nich je například projekt, jehož cílem je možnost získávat produkt podobný ropě z mořských řas.

Zdroj: TheMindUnleashed

Článek Čínské umělé slunce vydrželo v chodu rekordní čas. Nový zdroj čisté energie na dosah se nejdříve objevil na VědaŽivě.cz.