Členové CYG „na zkušené“ - Tomáš Vytiska, Francie

Vážení přátelé, přinášíme Vám druhý díl seriálu, který dává prostor členům Mladé generace ČNS (CYG), kteří vyjeli do světa na zkušenou a chtějí se s námi podělit o své zkušenosti a zážitky.

Polytechnika Grenoble

Rád bych Vám v tomto krátkém článku přiblížil mé roční studium na Polytechnice ve francouzském Grenoblu. Nápad vyzkoušet si zahraniční univerzitu přišel s mým úspěšným dokončením bakalářského oboru Teorie a technika jaderných reaktorů na Katedře jaderných reaktorů FJFI ČVUT v Praze a s přijetím do stejnojmenného navazujícího magisterského programu. Na rektorátě své alma mater jsem byl informován o podmínkách a možnostech studia v zahraničí, nejpodrobněji o tzv. programu Erasmus. Tento program je zajišťován Evropskou unií a poskytuje stipendia na studium nebo pracovní stáž v zahraničí, přičemž má student možnost díky systému ECTS toto studium zahrnout do svého standardního plánu a neprodlužovat si tak dobu studia. Prakticky si student musí sám vybrat vhodnou zahraniční školu s přednáškami co možná nejpodobnějšími domácí univerzitě. V mém případě padl výběr na francouzskou Polytechniku Grenoble (Institut National Polytechnique de Grenoble, nebo pouze INPG).

Z mé strany se jednalo o poněkud logický krok, neboť jsem studentem jaderného inženýrství a Francii lze považovat za „jadernou velmoc“. Země nejen že dnes vyrábí 88% veškeré vyrobené elektřiny ve svých 58 jaderných reaktorech, ale zvláště pak představuje zemi s dlouholetou jadernou tradicí s nesmírně rozvinutým výzkumem. Zde je na místě zmínit, že Francie disponuje řadou výzkumných reaktorů (Phénix v Marcoule, OSIRIS v Saclay, kritickými soubory EOLE, MINERVE a MASURCA v Cadarache) a že staví nový evropský výzkumný reaktor pojmenovaný Jules Horowitz (po francouzském jaderném fyzikovi, 1921-1995). Tento reaktor je vyústěním spolupráce nejenom francouzských společností CEA, EDF a Areva, ale i španělského CIEMAT, finského VTT, belgické SCK a českého ÚJV Řež a.s., přičemž na výrobě se bude podílet i Škoda JS a.s. Reaktor bude velmi variabilní, především se bude orientovat na sledování vlivu ozáření na materiály i samotné jaderné palivo a taktéž produkci radionuklidů. Staví se ve výzkumném centru CEA Cadarache a uvedení do provozu je plánováno na rok 2014.

Musím se přiznat, že jsem si město Grenoble pro své studium vybral právě také kvůli přítomnosti střediska CEA, které disponuje výzkumným reaktorem Siloette. Bohužel až na místě jsem se dozvěděl, že tento reaktor, provozovaný převážně v letech 1964 až 2002 jako zdroj neutronů a tzv. "školní" reaktor, byl v roce 2007 demontován (stejně jako jeho předchůdce Siloé, 1963-1997, s obohaceným uranem na 93% a později křemíkovým palivem, nebo reaktor Mélusine, 1958-1988). Avšak stále tento areál představuje špičkové centrum výzkumu a vývoje, možná však již trochu jinak orientované než při svém vzniku. CEA toto své středisko definuje následovně: „CEA Grenoble se věnuje základnímu výzkumu a vývoji nových technologií v oborech energie, zdraví, komunikace, počínaje palivovými články, přes biočipy až k nanopřístrojům. Taktéž aktivně přispívá k přenosu znalostí do průmyslu.“ Za tímto účelem byla vytvořena dceřiná laboratoř CEA-LETI, která se může chlubit průměrnými 180 patenty za rok (celkem již více než 1000) na poli mikro a nanotechnologií pro mikroelektroniku. Jako by francouzský výzkum nechtěl usínat na vavřínech a tak bylo v roce 2006, nákladem více jak 150 miliónů euro, založeno v Grenoblu centrum Minatec® (celkové proinvestované náklady za 10 let dosahují těžko uvěřitelných 4 miliard euro). Zakládajícími institucemi jsou právě zmíněná laboratoř CEA-LETI a vysokoškolská technika INPG. Co Minatec® představuje, lze snadno vytušit již ze samotného názvu, který je odvozen od slov mikro, nano a technologie. Předpokládá se pro něj zapojení zhruba 4000 inženýrů, vědců a studentů a vytvoření tak opravdu evropského centra.

Vraťme se ale k institutu INPG, konkrétně jeho škole ENSPG (Ecole Nationale Supérieure de Physique de Grenoble). Poněvadž je francouzský vysokoškolský systém vzdělávání odlišný od českého, nabízí ENSPG pouze tříleté studium, kterému však předcházejí dva roky základního bloku při střední škole. Po prvním ročníku na vysoké škole student obdrží titul bakalář a vybere si ze specializací pro navazující studium: energetické a jaderné inženýrství, nanofyzika, zařízení pro biotechnologie, inženýrství pevných látek či studium vlastností materiálů. Toto čtyř semestrové studium začíná de facto společným semestrem pro všechna zaměření, druhý a třetí semestr jsou již plně specializované a probíhají ve skupinách po zhruba 30 - 40 studentech. Zvláštní úlohu zde hrají stáže, které se oproti českému systému vhodně a hodně doplňují se získanými teoretickými znalostmi.

Hned po prvním ročníku má student možnost dobrovolně si zapsat měsíční až dvou a půl měsíční stáž pro získání přehledu o fungování té jisté společnosti. Pro letní prázdniny po druhém ročníku si student již musí a to sám sehnat minimálně dvouměsíční tzv. „průmyslovou“ stáž, která má již zhodnotit jím nabyté znalosti. Samozřejmě škola studentovi pomáhá, ať už svými pracovníky nebo zaběhnutými kontakty. Pro léto 2007 mohu zmínit některé úspěšně proběhnuté stáže (z celkových 43 uskutečněných studenty jaderného inženýrství), jako například praxe ve všech střediscích CEA, dále samozřejmě v elektrárenské společnosti EDF a Arevě, ale i na univerzitách v Melbourne, Stockholmu, Ženevě či britském Exeteru. Některé stáže si studenti sehnali i v dosti exotických lokacích, příkladem budiž ústřední nemocnice v Massachusetts či argentinské středisko jaderných výzkumů v Bariloche. Ve velmi podobném spektru se pohybují i možnosti tzv. závěrečného studijního projektu, který opět představuje stáž, tentokrát pěti či šesti měsíční a to namísto posledního studijního semestru. V místní CEA Grenoble mohou tímto projektem být například modelování bifazického proudění pomocí tzv. polydisperzních bublin, podrobné studium hydrodynamického přístupu pro studium krize varu, využití magnetické rezonance pro stanovení rychlostí a jejich odchylek v bifazickém proudění nebo studium přestupu tepla z roztavené aktivní zóny do betonu.

Je tedy více než zřejmé, že hlavním úkolem studia na ENSPG není pouze získat teoretické základy, ale umět je uplatnit v praxi a svou výslednou práci zveřejnit. Nezmínil jsem totiž, že každá z absolvovaných praxí musí být poté nejenom písemně, ale i ústně obhájena. Zajímavým se tedy jeví způsob studia jaderného zaměření na této francouzské škole, neboť přednášky z jaderných oborů zahrnují pouze dva semestry (4. a 5.) z celkových šesti semestrových vysokoškolských studií. Ještě pozoruhodnějším se tento fakt stává po zjištění, že ENSPG v Grenoblu nabízí plnohodnotné vysokoškolské studium jaderného inženýrství jako jediná ve Francii!

V předchozích řádcích jsem se snažil popsat formu studia na ENSPG INPG ve francouzském Grenoblu, bohužel k tomu však musím dodat, že od příštího akademického roku 2008/2009 je vše jinak. V rámci různých restrukturalizací a dost možná i zprůhlednění vzniká z institutu INPG sdružení šesti vysokoškolských inženýrských škol s názvem Grenoble INP, přičemž nástupcem ENSPG se stává škola Phelma. Tato nová škola vzniká sloučením tří původních se zaměřením na fyziku, elektroniku a materiály a má se stát jakousi základnou pro vytvářené centrum Minatec®. Samozřejmě všechny studijní plány jsou upraveny, tou nejzásadnější změnou je prodloužení studia na zaměření na tři semestry, v případě jaderného inženýrství přidání i několika nových přednášek (radioprotekce, jaderná fúze a plazma, stárnutí materiálů po ozáření). V následujících několika odstavcích bych rád přiblížil mnou absolvované předměty ještě na škole ENSPG.

Jelikož jsem měl tu možnost strávit v Grenoblu dva semestry, zapsal jsem si téměř veškeré přednášené kurzy z jaderného inženýrství. Zadní část palivového cyklu byl název jednoho z nich, který pojednával nejenom o problémech otevřených a uzavřených cyklů, ale i o možnostech transmutací. Jako jedinou reálnou možnost přeměny sortimentu použitého jaderného paliva z důvodů nedostatečných současných výkonů urychlovačů či neúnosných nákladů ukázal transmutaci neutrony. Celý kurz byl mimo jiné prokládán neustálým srovnáváním standardních palivových cyklů tlakovodních reaktorů, s využitím paliva MOX a také s rychlým reaktorem. Je to pochopitelné, neboť Francie přepracovává použité jaderné palivo a ještě donedávna používala i energetický rychlý reaktor. Tato strategie umožňuje výrazně snížit potřebu nového obohaceného uranu a také množství „vyhořelého“ paliva. Uváděná orientační čísla hovoří o francouzské roční spotřebě 955 tun nového oxidu uranu, z čehož se plných 850 tun použitého paliva využije pro přepracování, kterým poté vznikne ročních 135 tun paliva MOX. Jelikož se z bezpečnostních důvodů (snižování účinnosti regulačních orgánů, zmenšení periody reaktoru, vzniku nespojitostí v hustotě toku neutronů na rozhraní UOX-MOX) palivo MOX již znovu nepřepracovává, zbývá na roční uskladnění použitého paliva z elektráren pouhých 240 tun (nepočítaje odpady z přepracování).

Dalším zajímavým kurzem byly společné přednášky a praktická cvičení o programech MCNP a Dragon. Smyslem kurzu bylo pochopit zásadní rozdíl v simulačním a deterministickém přístupu k řešení transportu neutronů. Zatímco metody Monte Carlo simulují konkrétní problém, konkrétní geometrii sledováním jednotlivých částic, deterministický způsob je založen na řešení transportní rovnice, velice často doplněnou mnoha zjednodušeními. Oba přístupy mají své výhody a nevýhody, neexistuje žádný univerzální výpočetní kód a je tedy vždy vhodné řešit daný problém více různými metodami.

Dalším kurzem z francouzského prostředí byly přednášky o odstavování jaderných elektráren a životním prostředí. Po úvodu do dozimetrie následovaly čtyři čtyřhodinové přednášky odborníků z EDF, konkrétně ze skupiny CIDEN, která má na starosti bezpečné demontování vysloužilých jaderných elektráren. Byl nám představen tzv. francouzský koláč, neboli ojedinělý komplexní systém zákonů, postupů, státních organizací, financování a konkrétních lokalit, vedoucí k udržení jaderné bezpečnosti při úplném rozebrání jaderných elektráren. Za zmínku nepochybně stojí francouzské dělení radioaktivních materiálů a způsob nakládání s nimi. Tyto odpady jsou děleny podle poločasu rozpadu hlavních prvků na odpady s krátkým a dlouhým poločasem rozpadu (hranicí je poločas 30 let) a podle aktivity na velmi nízkoaktivní (< 100 Bq/g), s nízkou, střední (aktivita mezi 105 a 108 Bq/g) a vysokou aktivitou. Mezi těmito kombinacemi jsou vytvořeny čtyři skupiny, se kterými se odlišně nakládá, a tak například pro všechny velmi nízkoaktivní odpady bylo v roce 2003 vytvořeno konečné úložiště v Morvilliers (o objemu 750 000 tun odpadů, nedaleko úložiště Aube pro krátkodobé radionuklidy). Pro materiály s vysokou aktivitou a se střední v kombinaci s dlouhým poločasem rozpadu je úložiště prozatím projektem, zato již detailně zpracovaným. A odkud se všechny ty odpady vzaly? Momentálně je ve stádiu úplného rozebírání 9 energetických jaderných elektráren, u kterých se počítá s téměř 170 000 tunami radioaktivních materiálů (2% grafit, 0,5% sodík, 11% velmi nízkoaktivních odpadů, 0,06% středně aktivních, 82% konvenčních odpadů). Pro tyto elektrárny (Chooz A, Brennilis, Creys-Malville, Chinon A1, A2 a A3, Saint Laurent A1, A2 a Bugey 1) je navržen harmonogram odstavování na 25 let, kde se pro každou lokalitu počítá minimálně s 10 lety prací. Výsledkem není nic jiného než monitorovaná „zelená louka“.

Zmíním ještě kurz fotovoltaiky, s detailním popisem všech současných ale i zítřejších metod výroby solárních panelů i prostého ohřevu užitkové vody Sluncem, kurz kinetiky jaderných reaktorů, ukazující vývoj reaktivity reaktoru na ročním výkonu i při jeho krátkodobých změnách, a praktika z jaderné fyziky. Tato praktika zahrnovala například spektroskopii alfa polovodičovým detektorem, koincidenční gama spektroskopii, nebo detekci pomalých i rychlých neutronů. Zmiňuji je proto, neboť probíhala v nedaleké Laboratoři subamotové fyziky a kosmologie (LPSC), jedné z laboratoří úzce spolupracujících s INPG. Toto napojení základního výzkumu na vysokoškolská studia není ve Francii ničím neobvyklým, mimochodem jsem absolvoval troje předměty pod vedením pracovníků této laboratoře. Samotná praktika byla prací dvojice nebo trojice studentů, kteří během i devíti hodin měření museli sepsat krátký článek o použitých metodách a naměřených datech.

Závěrem bych rád zmínil, že jsem jadernému výzkumu v Grenoblu trochu křivdil, neboť jsem se při pozdějších přednáškách z neutroniky dozvěděl o Laue-Langevin institutu. Tento institut, se kterým mimo jiné spolupracuje i Univerzita Karlova v rámci tzv. Central European Neutron Initiative, studuje převážně vliv neutronů v materiálovém výzkumu, jaderné fyzice, chemii i biologii. Využívá k tomu reaktor s vysokým tokem neutronů (The High Flux Reactor) z roku 1971, který po rekonstrukci v roce 1995 údajně disponuje největší hustotou toku neutronů na světě: 1,5.1015 neutronů za sekundu na cm2 (s tepelným výkonem 58,3 MW). Tento těžkovodní reaktor, s palivem ve formě 8,5 kg uranového palivového článku s obohacením 93%, pracuje ve čtyřech 50ti denních cyklech ročně a je „otevřen“ pro veškeré zájemce s připraveným experimentem. Pro dokreslení vědeckého výzkumu v Grenoblu zmíním ještě přilehlý areál s jedním ze třech největších synchrotronů na světě - European Synchrotron Radiation Facility (ESRF). Tento kruhový urychlovač, představující intenzivní zdroj rentgenového záření, má po obvodu úctyhodných 850 m. Přihlédneme-li k faktu, že je umístěn na soutoku dvou místních řek, stala se z něj právem jedna z dominant města.

Jsem rád, že jsem mohl v tomto shrnujícím článku popsat město Grenoble s jeho rozmanitým jaderným výzkumem a vzděláváním, a doufám, že tato zpráva dostatečně osvětluje popsané instituce pro případné zájemce. Pro podrobnější informace o celém francouzském jaderném průmyslu mohu závěrem doporučit francouzsky i anglicky psané internetové stránky
www.francenuc.org.

Tomáš Vytiska, člen Mladé generace ČNS

zpět na úvodní stránku