Čeští vědci popsali příčinu havárií britských jaderných elektráren. Je jí entropie

Když Britové vyšetřovali několik havárií jaderných elektráren, které se v zemi staly ve druhé polovině dvacátého století, domnívali se, že jde o konstrukční vady. Nový výzkum českých vědců ale ukazuje, že problém byl hlubší, ležel až v jádru hmoty.

Vědecký tým z Akademie věd ČR a Masarykovy univerzity hlásí zásadní přínos do výzkumu hromadění nečistot na rozhraní mezi krystaly. Tento jev může sice znít velmi „teoreticky“, ale ve skutečnosti měl výrazný reálný dopad. Na začátku druhé poloviny dvacátého století totiž způsobil sérii havárií v jaderných elektrárnách ve Velké Británii.

Nejznámější byly dvě. Roku 1957 došlo k havárii v jaderné elektrárně Windscale určené pro vojenské účely. Požár v jednom z reaktorů způsobil únik radioaktivního materiálu, což vedlo ke znečištění oblasti. Podobná nehoda postihla jaderný reaktor Calder Hall, během jehož provozu se našly problémy s konstrukcí a materiály, které nebyly ideální pro dlouhodobý provoz takového zařízení.

Studie českých vědců fenomén nejen popisuje, ale také otevírá nové možnosti, jak podobným problémům v budoucnosti předcházet: například vývojem odolnějších slitin a nových technologických procesů jejich výroby.

Ocelová tyč se zviditelněnými jednotlivými krystaly
Zdroj: FZU/René Volfík

Katastrofální selhání ocelových turbín v jaderných elektrárnách je jen jedním z příkladů, kdy selhává soudržnost materiálu – i když je zdaleka nejviditelnější a současně potenciálně nejničivější. Destrukce turbín v tomto případě nebyla následkem problémů vlastního provozu jaderné elektrárny, ale příčinou bylo hromadění fosforu na rozhraních mezi krystaly kovu. Tomuto fenoménu se odborně říká segregace.

Vyřešení rozporu

Segregaci nečistot zkoumají vědci na celém světě po desetiletí jak experimentálně, tak teoreticky a v poslední době také pomocí umělé inteligence. Přesto se experimentální výsledky a teoretická data málokdy shodují. Čeští vědci teď odhalili podstatu tohoto záhadného rozporu – zásadní roli totiž hraje entropie, kterou dříve vědci v teoretických výpočtech často opomíjeli.

„Článek zahajuje novou etapu ve studiu segregace nečistot na hranicích zrn v materiálech. S kolegou jsme totiž prokázali, že bez zahrnutí entropie nelze naměřeným datům dobře porozumět a že na entropii opravdu záleží. Současně se mi podařilo předpovědět nový typ segregace příměsí na hranicích zrn, který je zcela řízen entropií,“ vysvětluje Pavel Lejček z Fyzikálního ústavu AV ČR.

Entropie je termodynamická veličina, která popisuje míru neuspořádanosti materiálu. Liší se proto u strukturně uspořádaného krystalu a u méně strukturně uspořádaných oblastí, jako jsou hranice zrn v materiálu. Entropie je vedle energie důležitou charakteristikou segregace příměsí na hranicích zrn. Nelze ji tedy považovat jen za „matematický artefakt“, jak se často objevuje v odborné literatuře. 

Co nejlepší znalost chování materiálů, například oceli, včetně všech typů segregace příměsí na hranicích zrn může podle autorů studie výrazně pomoci nejen k vývoji nových materiálů odolných vůči mezikrystalové křehkosti, ale i k tomu, aby byly nanokrystalické materiály, které mají velkou perspektivu pro konstrukce, více stabilní při vysokých teplotách.

„Výzkum zahajuje jeden z důležitých trendů v této oblasti, přitom stojí zcela na výsledcích české vědy,“ dodává spoluautor studie Mojmír Šob z Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity.

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

USA zažívají vlnu veder. V Arizoně naměřili 43 stupňů

Západ Spojených států se potýká s vlnou veder, v Kalifornii a Arizoně padají teplotní rekordy. Arizonská obec Martinez Lake ve čtvrtek naměřila 43 stupňů Celsia, což je ve Spojených státech nový březnový rekord, uvedla podle stanice NBC News Národní meteorologická služba (NWS).
před 3 hhodinami

Alpské ledovce se roztékají před očima. Ty v Německu zřejmě zmizí do třicátých let

Poslední čtyři německé ledovce za poslední dva roky ztratily více než čtvrtinu své plochy, odtávání je tak výrazně rychlejší, než se dosud předpokládalo. Uvádí to nová studie, která za hlavní příčinu považuje změnu klimatu. Geograf Wilfried Hagg z mnichovské univerzity a glaciolog Christoph Mayer z Bavorské akademie věd výsledky svého výzkumu zveřejnili v předvečer Světového dne ledovců, který je 21. března.
před 4 hhodinami

Chytré hodinky sportujícího vojáka odhalily polohu francouzské letadlové lodě

Díky sportovní aplikaci Strava, kterou používal jeden z vojáků při běhání, se francouzskému deníku Le Monde podařilo ve Středozemním moři lokalizovat francouzskou letadlovou loď Charles de Gaulle. Le Monde o tom informoval na svém webu. Plavidlo se přibližuje k Íránu, proti němuž od 28. února provádějí Izrael a Spojené státy vzdušné údery.
před 4 hhodinami

Do ugandského národního parku se po dekádách vrátili nosorožci

Tento týden byli v národním parku Kidepo Valley na severovýchodě Ugandy vypuštěni do volné přírody dva bílí nosorožci jižní. Jsou prvními ze skupiny osmi jedinců, kteří se mají usadit v parku, kde byl poslední nosorožec zabit v roce 1983. Na jejich navrácení do místní přírody nyní částečně dohlíží Ugandský úřad pro ochranu divoké zvěře (UWA).
včera v 11:48

Vědci popsali, kdy se mezi indiány rozšířily luky a šípy

Nový archeologický výzkum zkoumal nejstarší zbraňové artefakty nalezené v Severní Americe. Vědcům se je podařilo velmi přesně datovat, takže poprvé dokázali popsat, kdy tam luky a šípy nahradily oštěpy a praky.
včera v 11:00

Archeologové našli ve Velkém Meziříčí středověkou studnu a asi i základ pranýře

Ve středu Velkého Meziříčí letos archeologové odkryli zasypanou středověkou studnu a kruhový podstavec, který zřejmě sloužil jako pranýř. Našli také základy středověké pece. Oznámil to Šimon Kochan ze zapsaného ústavu Archaia Brno, který na místě pracuje. Záchranný archeologický výzkum doprovází postupnou obnovu náměstí a přilehlých ulic, která začala loni zjara. Stavební práce budou podle radnice dokončené příští rok.
včera v 10:45

VideoUnikátním ekosystémem Pražského hradu se zabývali přírodovědci

Pražský hrad byl sídlem králů, císařů i prezidentů. Ale také více než sedmi stovek druhů rostlin, 220 druhů hmyzu a více než čtyřiceti druhů ptáků. Teď tam přírodovědci popsali dokonce několik druhů, které až doposud z tuzemské přírody vůbec neznali – včetně unikátního roztoče pancířníka. Nejzajímavějším místem v areálu je podle biologů Jelení příkop, který obsahuje neporušenou „krajinu“, jež sahá až do dob mamutích stepí z doby ledové.
včera v 07:28

„Panna Maria ze Szopienic“ zachraňovala olověné děti. O hrdinství čtyřicet let mlčela

Panna Maria ze Szopienic nebo slezská Erin Brokovich - to jsou dvě přirovnání, která se používají v souvislosti s polskou pediatričkou Jolantou Wadowskou-Król. Hrdinka nového seriálu platformy Netflix Olověné děti zachránila v podstatě tajně až skoro ilegálně stovky dětí před vážnými zdravotními problémy. Ty jim způsobovala otrava olovem z hutí v polských Szopienicích. To se ovšem nelíbilo komunistům, a tak Wadowská za své hrdinství tvrdě zaplatila. A svůj příběh držela v utajení - až dokud ho neobjevila její vnučka a o několik let později i filmaři.
včera v 06:30
Načítání...