Laboratoř studených kelímků

Laboratoř studených kelímků, která je v rámci projektu SUSEN zařazena ve výzkumném programu 3 – Jaderný palivový cyklus, bude v rámci investiční akce vybavena dvěma komplety studených kelímků. První o výkonu 160 kW a druhý o výkonu 300 kW.

Studený kelímek

Studený kelímek je zařízení pro vysokofrekvenční indukční ohřev zaměřené na tavení různých materiálů. Kelímek sestává z trubkovitých většinou měděných dílů, kolem kterých jsou umístěny závity induktoru generující elektromagnetické pole, které svými vířivými proudy ohřívá materiál umístěný uvnitř kelímku. Princip kelímku spočívá v tom, že zdroj tepla je soustředěn přímo v ohřívaném materiálu a vlastní tavicí nádoba (studený kelímek) je vnitřně chlazená vodou. Od toho plyne i název zařízení. Studený kelímek si na všech svých částech udržuje stálou pracovní teplotu přibližně 50 °C, přestože materiál uvnitř kelímků dosahuje teploty až 3000 °C.

CORIUM ve studeném kelímku

Indukční ohřev má oproti konvenčnímu ohřevu některé nesporné výhody. Jelikož teplo nevstupuje do ohřívaného materiálu jeho povrchem, ale vzniká přímo v materiálu, je samotný proces ohřevu velmi rychlý. Další výhodu je skutečnost, že volbou kmitočtu generátoru můžeme volit rozložení tepla v ohřívaném materiálu – vsázce. Třetí výhodou studeného kelímku je jeho bezvyzdívková konstrukce, což znamená, že roztavený materiál se přímo nedotýká stěn kelímku ani jiného materiálu, který by se vlivem extrémní teploty mísil s taveninou, která proto dosahuje vysoké čistoty ve všech fázích tavby. Na rozhraní roztaveného materiálu a kelímku se vlivem intenzivního ochlazování vytvoří slabá asi milimetrová krusta z vlastního taveného materiálu, která prakticky nahrazuje nádobu pro roztavený materiál.

V naší laboratoři budou kelímky využívány pro výzkumné účely zejména v oblastech materiálového výzkumu těžkotavitelných kovů a zkoumání stavových diagramů těchto látek. Dále se budeme zaměřovat na simulace nestandardních stavů jaderných elektráren, kterými mohou být těžké havárie reaktorů, při kterých jde o sledování fyzikálně chemických vlastností oxidických směsí tavenin na bázi CORIA, které je právě produktem roztavených komponent primární zóny lehkovodních reaktorů a jeho mícháním s produkty obětního materiálu. V souvislosti s jadernými elektrárnami je dalším využitím studeného kelímku vitrifikace radioaktivního odpadu, tedy jeho fixace do skelných nebo keramických matric, v nichž může být skladován v hlubinných úložištích po dobu až několik tisíc let.