„V současnosti se na základě provedených testů ukazuje, že PCD může sloužit nejen jako pasivní prvek pro zvýšení jaderné bezpečnosti, ale může také prodloužit životnost jaderného pláště a paliva o desítky procent. Z toho všeho by mohly plynout výrazné ekonomické a ekologické přínosy,“ shrnula význam pro praxi vedoucí výzkumného týmu Fyzikálního ústavu AV ČR Irena Kratochvílová.

Od února se testuje v Norsku

Zirkoniové palivové prvky pokryté antikorozními ochrannými polykrystalickými diamantovými vrstvami letos na základě výsledků řady testů vybrala firma Westinghouse jako možné kandidáty na palivo odolné proti nehodám v komerčně provozovaných reaktorech.

Vzorek zirkoniové slitiny pokryté PCD vrstvou po 30 dnech v autoklávu

Vzorek zirkoniové slitiny pokryté PCD vrstvou po 30 dnech v autoklávu

FOTO: Akademie věd ČR

Od letošního února se PCD testuje v aktivním prostředí výzkumného jaderného reaktoru v norském Haldenu.

„Pokud všemi testy projde, bude se pokrytí PCD vrstvami používat jako ochrana proti korozi zirkoniových slitin v jaderných reaktorech po roce 2020,“ dodala Kratochvílová.

Prodloužení životnosti jaderného pláště

PCD se skládá ze dvou odlišných fází uhlíku, a to tvrdé diamantové a měkké grafitické, jsou tedy podle vědců pružné a zároveň pevné, díky čemuž vydrží teplotní zátěž v průběhu pracovního cyklu reaktoru. Kompozitní polykrystalické diamantové vrstvy se připravily v laboratořích Fyzikálního ústavu takzvanou metodou depozice z plynné fáze.

Povrch PCD vrstvy zobrazený skenovacím elektronovým mikroskopem

Povrch PCD vrstvy zobrazený skenovacím elektronovým mikroskopem

FOTO: Akademie věd ČR

Kromě toho, že PCD vrstvy mohou sloužit jako pasivní prvek pro zvýšení jaderné bezpečnosti, prodlouží také životnost jaderného pláště a následně i dobu bezpečného použití jaderného paliva. Dlouhodobé testy v laboratoři rovněž ukazují, že pokrytí PCD vrstvami sníží oxidaci oproti standardům zhruba o 40 procent.

Právě výrazným snížením koroze obalu lze prodloužit dobu použití jaderného paliva, které se nyní odstraňuje z reaktoru především z důvodu vysoké koroze zirkoniové slitiny, nikoli z důvodu dostatečného vyhoření.

FOTO: Akademie věd ČR

Pohled do vnitřní části aparatury pro depozici polykrystalických diamantových vrstev z plynné fáze v mikrovlnném plazmatu

Pohled do vnitřní části aparatury pro depozici polykrystalických diamantových vrstev z plynné fáze v mikrovlnném plazmatu.

FOTO: Akademie věd ČR

Český patent „Vrstva chránící povrch zirkoniových slitin užívaných v jaderných reaktorech“ byl udělen v březnu 2015. Rok poté byly podány přihlášky u patentových úřadů Evropské unie, Spojených států, Japonska a Jižní Koreje. Výsledky výzkumu publikoval i odborný časopis Scientific Reports.