JADERNÁ ENERGETIKA V 21. STOLETÍ

Z čeho se skládá svět? Jak vznikl? Jaké sily v něm působí?

Od nepaměti hledají lidé odpovědi na tyto a podobné hluboké otázky, které nám klade sama příroda. Lidská zvídavost odkryla již řadu tajemství, ale s každým objevem se vynořují otázky nové a nové. Typickým příkladem je objev atomového jádra. Byl učiněn teprve na počátku našeho století. Od té doby také víme, že atomové jádro je stotisíckrát menší než atom a přitom nese více než 99,95 % jeho hmotnosti. Již čtyřicet let po objevu jádra se podařilo obrovské jaderné síly uvolnit. A co nás čeká na prahu nového století ?

Úspěšné spuštění prvních jaderných reaktorů v polovině našeho století otevřelo lidem netušené perspektivy. Tisk na celém světě nešetřil nadšením: "Při jaderných reakcích se uvolňuje nesrovnatelně více energie než při reakcích chemických! Jediný gram jaderného paliva už brzy nahradí mnoho tun uhlí!" Očekávaný převrat v energetice ovšem nenastal, protože se vynořilo mnoho technických problémů. Ani dnes, po více než padesáti letech od spuštění prvního jaderného reaktoru, není v lidských silách energetické možnosti jaderných procesů zcela využít. Nejsou k tomu vyvinuty technologie a nemáme ani dostatek potřebných znalostí. V dnešních jaderných elektrárnách proto nahrazuje jeden gram uranového paliva "jen" asi sto kilogramů uhlí. Pokud se však podaří tento poměr výrazně změnit ve prospěch teoretických výpočtů, stanou se jaderné procesy prakticky nevyčerpatelným zdrojem energie.

Do té doby je třeba dořešit také řadu otázek bezpečnostních, aby se sluha, milionkrát schopnější než oheň, nemohl stát milionkrát horším pánem. Z tohoto hlediska je dobře, že vývoj jaderné energetiky nebyl příliš překotný. 
Chtějí-li lidé zodpovědně ovládat jaderné procesy, musí se nejprve dozvědět co nejvíce o vlastnostech samotných atomových jader. Tisíce jaderných fyziků se dnes věnují celé řadě detailních výzkumů: struktuře jader a rozložení jaderných sil, rotacím a vibracím atomových jader, změnám energetického stavu či složení jader a v neposlední řadě nespočtu možných jaderných reakcí. Odborníci však neřeší jen tyto základní, principiální otázky. I každodenní život civilizace potřebuje jaderný výzkum, který pomáhá řešit komplikované problémy spojené s technikou, medicínou, zemědělstvím a také s vlivem civilizace na naše životní prostředí. Zpravidla proto rozlišujeme výzkum základní, který zkoumá nepoznané vlastnosti přírody a odkrývá lidem nové cesty, a výzkum aplikovaný, který řeší konkrétně zadané úkoly podle potřeb dnešní společnosti a jejího průmyslu.
Mezi základní a aplikovaný výzkum nelze klást ostrou hranici, jejich úkoly i metody se mnohdy překrývají a drahá experimentální zařízení se často používají jak pro základní, tak pro aplikovaný výzkum. Příkladem takových zařízení jsou výzkumné jaderné reaktory.

Téměř v každé zemi, která se věnuje využívání jaderné energie (naši republiku nevyjímaje), pracují kromě reaktorů na výrobu energie i reaktory určené převážně nebo zcela k řešení výzkumných a vývojových úkolů. Výzkumné reaktory slouží jako velmi silný zdroj neutronů, pomáhají ověřovat naše znalosti o fyzice reaktorů a v neposlední řadě přispívají k praktické výuce budoucích odborníků. Výzkumné reaktory zatím využívají vysoce obohacený uran s podílem štěpitelného uranu 235 v desítkách procent. Mnoho jich navíc pracuje s velmi nízkým energetickým výkonem, takže téměř nepotřebují výměnu paliva a produkují nesrovnatelně méně radioaktivního odpadu než jaderné elektrárny.
Většina výzkumných reaktorů nabízí dnes část své kapacity všem odborníkům z nejrůznějších oblastí vědy i průmyslu, kteří ji ke své práci potřebují. Jmenujme několik typických úloh, ke kterým se výzkumné reaktory nejčastěji využívají:

Všimněte si, že pouze dvě poslední úlohy bezprostředně souvisejí s jadernou energetikou. Na druhé straně, k výzkumu v oblasti jaderné energetiky nemohou samotné výzkumné reaktory stačit. To je vidět i na příkladu belgického střediska jaderných výzkumů v Mol, které se jaderné energetice zodpovědně věnuje.
Středisko provozuje výzkumný reaktor BR-2, který je zaměřen především na experimenty s jadernými palivy včetně simulování havarijních situací. Dále ke středisku patří podzemní laboratoř HADES (Hades byl v řecké mytologii bůh podsvětí. Ta je určena k všestrannému průzkumu vlastností hornin, zejména jejich stability a odolnosti proti radiačnímu, chemickému a tepelnému namáhání (podobné laboratoře jsou provozovány i v několika jiných státech v souvislosti s vyhledáváním lokalit pro konečné úložiště vyhořelého jaderného paliva jmenujme alespoň německý Gorleben, švédský Aspo a severoamerickou laboratoř v Yucca Mountains).

V neposlední řadě se belgické středisko v Mol věnuje získávání co nejúplnějších informací o vlivu radioaktivních látek na životní prostředí. Odborníci zde průběžně sledují úroveň přírodní radiace, zkoumají šíření radionuklidů v přírodě a jejich vliv na živé organismy.
Vlivu radionuklidů na životní prostředí se věnuje také Středisko analytických výzkumů založené při vysokoškolském výzkumném reaktoru Consort v Ascotu ve Velké Británii. Vědci a studenti zde přímo z reaktoru získávají přesně ty radioaktivní izotopy, které by v případě vážné havárie mohly uniknout z jaderného reaktoru nebo vyhořelého paliva. Ve sklenících pak simulují jejich šíření v životním prostředí, včetně vytváření umělých dešťů, mlhy či větru. Nezbytnou součástí podobných experimentů jsou citlivé detekční a vyhodnocovací přístroje.

Samostatnou kapitolu vývojových prací na mírovém využití jaderné energie představuje vytvářeni systémů počítačového řízení jaderných elektráren. Elektronické ovládání složitých procesů bezpochyby významně omezuje důsledky selhání lidského faktoru, zároveň ale představuje další složitý, těžko kontrolovatelný systém závislý na dodávce proudu. Odborníci francouzského Ústavu pro jadernou bezpečnost a ochranu (IPSN) proto stanovili čtyři základní pravidla, kterým se musí počítačový systém jaderné elektrárny podřídit:

Velmi zajímavé jsou i studie odolnosti reaktorů a jejich bezpečnostních systémů proti zemětřesení. Všechny projekty jaderných elektráren musí prokázat, že klíčová místa konstrukce bezpečně odolají několikanásobku úrovně zemětřesení obvyklé v dané lokalitě. Kromě standardních počítačových modelů pevnosti a pružnosti složitých konstrukcí jsou dnes v několika zemích k dispozici i různě velké desky, na kterých lze mechanicky simulovat zemětřesení. Pevnost klíčových konstrukčních prvků elektrárny, zejména uchycení reaktoru a potrubního systému jeho chlazení, lze pak ověřovat přímo na takové chvějící se desce. Největší a nejznámější laboratoř tohoto typu je provozována japonskou společností NUPEC.