Úspěch českých vědců: Mají evropský patent na diamantovou vrstvu palivových článků

Nápad prodlouží životnost palivových článků v jaderných reaktorech za havarijních i standardních podmínek, a to pokrytím povrchu palivových článků tenkou polykrystalickou diamantovou vrstvou.

Vědci uvedli, že výsledky výzkumu jsou přesvědčivé a navzdory cennému materiálu není výroba vrstvy z diamantových nanokrystalů nedostupnou záležitostí. Sdělili, že usilují o získání patentu také v USA a Koreji. Centrum pro Inovace a transfer technologií Fyzikálního ústavu AV ČR pak nyní vede jednání o prodeji patentovaných řešení s řadou evropských, asijských a amerických výrobců jaderného paliva.

"Je to zcela nový způsob ochrany povrchu palivových článků. Prakticky nikdo nečekal, že velmi tenká polykrystalická diamantová vrstva tak významně zhorší podmínky pro korozi kovového substrátu v jaderném reaktoru, a to dokonce o desítky procent jak za pracovních, tak i za havarijních teplot," uvedla Irena Kratochvílová z Fyzikálního ústavu AV ČR, která významným způsobem k výzkumu přispěla.

Inovativní řešení antikorozní ochrany povrchu zirkoniových slitin užívaných v jaderných reaktorech patentovali v České republice Radek Škoda, Jan Škarohlíd (za Fakultu strojní ČVUT) a Irena Kratochvílová, František Fendrych a Andy Taylor (za Fyzikální ústav AV ČR) už v roce 2015. Patent byl podpořen dalším výzkumem a rozsáhlými testy v projektu Technologické agentury ČR ve spolupráci s americkou firmou Westinghouse. Žádost o udělení evropského patentu u Evropského patentového úřadu v Haagu podali výzkumníci v roce 2016. V dubnu 2020 vydal Evropský patentový úřad definitivní souhlas s jeho udělením.

K výzkumu české odborníky inspirovala například jaderná havárie v japonské Fukušimě v roce 2011. "Všichni výrobci jaderného paliva zkoumají a testují po Fukušimě odolnější pokrytí a v následujících deseti letech uvidíme jejich běžné použití ve všech reaktorech na světě," uvedl Radek Škoda, který působí na Českém institutu informatiky, robotiky a kybernetiky ČVUT.

Prvotním důvodem bádání bylo podle něj omezit, případně zamezit, vysokoteplotní oxidaci zirkonia při havarijních stavech s teplotami nad 800 stupňů Celsia. Během této exotermické reakce se uvolňuje obrovské množství tepla, ale také vodíku, který může explodovat, zkorodované zirkoniové tyče mohou popraskat a uvolnit radioaktivní látky do primárního okruhu. Uvolňování tepla také dále komplikuje chlazení aktivní zóny a posiluje další průběh vysokoteplotní oxidace zirkoniové slitiny. Tento druh koroze zirkoniových slitin se podle patentu sníží pokrytím vnějšího povrchu jaderného paliva ochrannou vrstvou, která je tvořená polykrystalickou diamantovou vrstvou.