Úterý, Duben 25

Quark: Aké sú možnosti likvidácie rádioaktívneho odpadu?

Odstraňovanie rádioaktívneho odpadu je globálny problém. Jedinou možnosťou na jeho likvidáciu boli donedávna len úložiská hlboko v zemi. Novou nádejou pre jadrových energetikov je premena, trasmutácia rádioaktívnych látok v urýchľovačoch častíc.

Nový komplex Nuclotron based Ion Collider fAcility (NICA) s urýchľovačom častíc na zrážanie ťažkých iónov vzniká v Spojenom ústave jadrového výskumu (SÚJV) v ruskom Dubne. Vedcom pomôže študovať vnútro neutrónových hviezd a prispeje aj k odstraňovaniu rádioaktívneho odpadu jeho premenou.

Vizualizácia budúcej podoby komplexu NICA. (Zdroj: Rosatom)

 

Spolupráca vedcov s dlhou tradíciou

Komplex SÚJV patrí k popredným ústavom, ktoré sa venujú subjadrovej fyzike. Vznikol v roku 1956 ako medzinárodné výskumné centrum združujúce vedcov z krajín bývalého východného bloku. Československo bolo jedným z jeho zakladajúcich členov a v rámci ústavu má Slovensko a Česko dodnes akési výsadné postavenie. Prvým zástupcom riaditeľa ústavu bol český fyzik profesor Václav Votruba a aj neskôr zastávali poprední československí vedci v ústave vedúce pozície.

Slovenskí študenti v SÚJV

Dnes spolupracuje s SÚJV trinásť slovenských výskumných, technologických a vzdelávacích organizácií a medzi členskými krajinami patrí Slovensko z hľadiska intenzity zapojenia do činnosti ústavu medzi najvýznamnejšie krajiny. Z organizácií na Slovensku, ktoré spolupracujú so SÚVJ, možno spomenúť napríklad Fyzikálny ústav Slovenskej akadémie vied, Slovenskú technickú univerzitu v Bratislave a Univerzitu Pavla Jozefa Šafárika v Košiciach. Slovensko spolupracuje aj vo vzdelávacích programoch, v jednom z nich, organizovaným v spolupráci s Flerovovým laboratóriom jadrových reakcií SÚJV, získavajú slovenskí študenti skúsenosti s prácou na urýchľovačoch častíc.

Objavy nových prvkov

Jedným z posledných objavov spojených so SÚJV je pozorovanie a pomenúvanie nových, veľmi ťažkých prvkov s protónovými číslami 113, 115, 117 a 118. Tieto prvky sa podarilo vyprodukovať v spolupráci SÚJV a amerických ústavov Lawrence Livermore National Laboratory a Oak Ridge National Laboratory. Súbežne s ich objavmi priniesli médiá v predošlých rokoch a na konci minulého roku aj správy o návrhoch ich názvov.

Experimentálne zariadenia komplexu NICA

Ako už názov nového komplexu napovedá, bude založený na existujúcom urýchľovači častíc Nuclotron. Tento supravodivý synchrotrón vedci uviedli do prevádzky v roku 1993 a urýchľuje ióny až po zlato na energie 4,5 GeV/nukleón. Ide o jediný urýchľovač tohto typu na euroázijskom kontinente a v Dubne slúži na výskum v oblasti časticovej fyziky. Je vybavený supravodivými magnetmi vyvinutými v SÚJV, takže zároveň poskytuje výsledky aj v oblasti fyziky supravodivých magnetov.

Komplex NICA bude zahŕňať mnoho nových experimentálnych zariadení od zdrojov iónov, cez medziurýchľovač až po zrážač. Vďaka tomu budú môcť prebiehať experimenty ako s pevnými terčmi, tak aj s protibežnými zväzkami. Zrážač bude mať obvod 503 metrov a dosiahne energiu zväzkov 1 až 4,5 GeV/nukleón. Výsledky zrážok budú zaznamenávať dva detektory: MPD (Multi Purpose Detector) a SPD (Spin Physics Detector – detektor určený na experimenty s polarizovanými zväzkami). Prvé experimenty v novom komplexe NICA sa majú uskutočniť v roku 2020.

Schéma umiestnenia jednotlivých súčastí komplexu NICA. (Zdroj: Rosatom)

Očakávané prínosy

Zrážač komplexu NICA je určený na pokrytie vedecky zaujímavého rozsahu energií, v rámci ktorých je možné pri zrážkach ťažkých iónov pozorovať vznik kvark-gluónovej plazmy s prejavom tzv. kritických javov. Ďalej sa bude v komplexe NICA študovať baryónová hmota s hustotou porovnateľnou s hustotou vnútri neutrónových hviezd a aj v tomto odbore sa od neho očakávajú nové výsledky. Doterajšie experimentálne zariadenia pri týchto pokusoch dosahujú stonásobne až tisícnásobne menšiu intenzitu zväzku, než sa očakáva od komplexu NICA.

Komplex bude mať aj využitie v rôznych oblastiach od medicíny až po jadrovú energetiku, ktorou sa v Rusku zaoberá korporácia pre atómovú energiu Rosatom. Význam pre druhú spomínanú oblasť komentuje profesor Richard Lednický, riaditeľ projektu NICA a zástupca riaditeľa SÚJV: V súvislosti s rádioaktívnym odpadom a metódami novej jadrovej energetiky prebieha v SÚJV výskumný projekt v oblasti transmutácie. V rámci neho skúmame počet neutrónov, ktoré vygeneruje vysokoenergetický zväzok protónov dopadajúci na urán, a hľadáme podmienky, pri ktorých bude vylietavať najviac neutrónov. Tieto experimenty pokračujú a zatiaľ nie sú skončené, teraz skúšame aj ťažké ióny. Veľké množstvo neutrónov totiž dovoľuje premeniť rádioaktívne izotopy s dlhou dobou života na také, ktoré sa rýchlejšie rozpadnú. Jednou z vízií budúcnosti jadrovej energetiky sú urýchľovačom riadené reaktory, tiež nazývané transmutory, ktoré by „spaľovali“ rádioaktívny odpad a produkovali energiu. Tento výskum má teda veľký význam pre budúcnosť jadrovej energetiky.

Urýchľovač častíc Nuclotron je základom komplexu NICA. (Zdroj: Rosatom)

Komponenty ruskej konštrukcie

Komplex NICA bude používať nové supravodivé magnety domácej konštrukcie. Vývojom supravodičov pre tento projekt sa zaoberá Bočvarov inštitút a výrobu vykonáva Čepeckij mechaničeskij zavod, obe spoločnosti patria do štruktúry Rosatomu. Uvedené spoločnosti vyvíjajú nové supravodiče zo zliatin nióbu a titánu, ktoré majú nižšie energetické straty než predchádzajúce typy supravodičov.

Pro projekt NICA vyrábame nióbovo-titánové supravodiče nuklotrónového typu, s mimoriadne malým priemerom vláken, ktorý predstavuje je len šesť mikrónov. Pilotná časť už bola zostavená do cievky, aby boli overené parametre produkcie, a sme radi, že prevýšili aj vysoké požiadavky nášho zákazníka. Do konca roka by mala byť dokončená výroba viac než dvoch ton supravodičov pre urýchľovač NICA, uvádza Viktor Pancyrnyj, hlavný vedecký pracovník Bočvarovho inštitútu.

Nový supravodič je ťažké odlíšiť od obyčajného medeného vodiča, ide totiž tiež o drôt s priemerom 0,7 nebo 0,9 milimetrov. V supravodivom medenom drôte je však 8 200 tenkých vláken, ktoré majú asi päť mikrometrov v priemere. Pritom sa priemer vláken nesmie líšiť o viac než 10 % po celej dĺžke mnohokilometrového vodiča. Týmto vodičom sa ovíja rúrka, ktorou prúdi tekuté hélium. Takto získaný kábel sa potom omotá izoláciou a môže sa použiť na výrobu magnetov urýchľovača NICA.

Zdroj: Magazín Quark

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *