Význam vědy pro předcházení krizových jevů aneb

potřeba vize a spolupráce

„Pouze budoucnost může rozhodnout, jestli jsme vybrali právě tu jedinou správnou cestu a nalezli to nejlepší řešení našich problémů" Albert Einstein

Vladimír Wagner

Ústav jaderné fyziky AVČR v Řeži a Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská ČVUT v Praze E_mail: wagner@ujf.cas.cz, WWW: http://hp.ujf.cas.cz/~wagner/

1. Úvod

2. Energetika a ekologie

2.1 Potřeba různých zdrojů 2.2 Věda – technika - společnost 2.3 Jaderná energetika v kontextu předchozího 2.4 Energetika – optimismus či pesimismus

3. Spolupráce různých lidí a oborů lidské činnosti

3.1 Co by se mělo chtít od vědců? 3.2 Nedostatek odborníků – jak řešit? 3.3 Jak se snažit o podporu veřejnosti

4. Spolupráce různých regionů, států, Evropy

4.1 Začínat u regionální spolupráce 4.2 Evropská vize?

5. Závěr

Potřeba vize a spolupráce

1) Bohužel dnes spíše vymezování proti něčemu než pro něco – vede k omezení možnosti spolupráce

2) Je řada oblastí, kde lze spolupracovat a řešit problémy napříč ideologiemi

3) I v opozici lze právě díky těmto oblastem udělat kus práce

4) Neexistují samospasitelná řešení, je relativně málo úplných katastrof či konečných řešení

5) Vždy je nutný i možný určitý kompromis

6) Velkých cílů nelze dosáhnout najednou, vždy jen postupnými kroky

7) Bez vize nelze dosáhnout ničeho.

„Za léta jsem byl třikrát předsedou vlády a třikrát vedoucím opozice …“

„Lidé snesou jen určité množství radikálních reforem a pak si zase chtějí odpočinout,ale reformy už nikdy nevrátí. Lidé ve skutečnosti o žádné změny nestojí a xenofobie se jen tak snadno nezbaví. Nemohou však zavírat oči před pokrokem, neboť jinak by nikdy nedosáhli hvězd.“

„Politika je tvrdá, občas špinavá a vždycky je to fůra práce. …“Robert A. Henlein

Energie – základ naší civilizace

Nutné 1) jak decentralizované malé zdroje 2) tak velké koncentrované zdroje

Objev parního stroje

Vývoj obsahu množství CO2 v atmosféře

Solární elektrárna Figueruelas u Zaragozy (10 MW)

Větrná elektrárna Mravenečník

Uhelná elektrárna Mělník

Problém: nemožnost skladovat větší objemy energie

(2003) Celkově ElektřinaPodíl: 1) Uhlí 24,4% 40,1% 2) Ropa 34,4% 6,9% 3) Plyn 21,1% 19,4% 4) Jádro 6,5% 15,8% 5) Voda 2,2% 15,9% 6) Obnovitelné 10,8% 1,9%

Růst 1,6 %/rok(o polovinu do 2030)70 % rozvojové

Základní vlastnosti spojené s energetikou

1) Dlouhodobost – energetická díla slouží desítky let2) Je třeba různorodost – malé a velké zdroje, zdroje různého typu – jejich vhodné

doplňování – žádný není samospasitelný3) Nutnost vědeckého výzkumu – i toho necíleného (podpora „čisté“ vědy)4) Nutnost regionální, státní, mezinárodní podpory a koncepce (energetické sítě, těžba

a doprava surovin, velké energetické projekty, výzkum a vývoj)5) Nutnost vážit a řešit ekologické dopady – znalosti životního prostředí6) Možnost i dramatické změny výhodnosti některého ze zdrojů (objev možnosti

skladování elektrické energie, zvýšení účinnosti solárních článků, zavedení rychlých množivých reaktorů …)

Klasické jaderné reaktory – současná technologie

Štěpná reakce - štěpení jádra samovolné nebo po získání energie - obvykle se dodá energie záchytem neutronu - doprovázena vznikem neutronů s energiemi v oblasti jednotek MeV ( 2 - 3 neutrony na štěpení)

Řetězová štěpná reakce: Štěpení nuklidů 235U, 239Pu, 233U ... záchytem neutronu 235U + n → 236U* : 85 % - štěpení 15 % - emise fotonu

Velká pravděpodobnost záchytu neutronů pro malé energie neutronů (10-2 eV) → nutnost zpomalování neutronů - moderátor

Nutnost stálého počtu neutronů v systému

Štěpení - vznik štěpných produktůZáchyt emise fotonu rozpad beta - vznik transuranů

Principiální schéma reaktoru

Palivo: 1) přírodní uran - složen z 238U a jen 0,72 % 235U 2) obohacený uran - zvýšení obsahu 235U na 3-4% (klasické reaktory – i přírodní - CANDU)

T1/2(238U) = 4,51 miliardy let, T1/2(235U) = 0,713 miliardy let

Vnitřek reaktoru

Důležitý odvod tepla (voda)

Dukovany – reaktorový sál

Regulační, kompenzačnía bezpečnostní tyče

Ovládání: Chlazení:Moderátor: voda, grafit

V roce 2009 (podle MAAE):

436 energetických reaktorů (~ 370 GWe, 16 % elektřiny) + 5 dlouhodobě odstavených , staví se 53 (47,2 GWe), plánované se blíží stovce

Jaderná elektrárnaYonggwang v Jižní Koreji

Složení vyhořelého paliva: 96 % uran (~1% 235U) 1 % transurany 3 % štěpné produkty (stabilní, krátkodobé, dlouhodobé)

Některé dlouhodobé radioaktivní štěpné produkty: 99Tc, 129I, 135Cs Dlouhodobé transurany: 237Np, 239Pu, 240Pu, 244Pu, 243Am

Nemoderované neutrony → menší pravděpodobnost reakcí → větší intenzita neutronů

→ větší počet štěpení → nutnost vysokého obohacení uranu 20 - 50 % 235U (ekvivalentně 239Pu)

Produkce 239Pu: 238U + n → 239U(β-) + γ → 239Ne (β-)→239Pu → produkce paliva

Vhodná konfigurace → produkce více plutonia než se spotřebuje (plodivá zóna)

Efektivnější využití paliva – menší citlivost na složení paliva, spalování transuranů

Vysoké obohacení → vysoká produkce tepla → nutnost výkonného chlazení → roztavený sodík (teplota 550 oC),roztavené olovo

Phenix - 250 MWe (Francie)

Rychlý množivý reaktor v Monju (Japonsko) – 280 MWe v současnosti stojí znovuspuštění 2008

BN600 Belojarská jaderná elektrárna v Rusku

Rychlé (množivé) reaktory – nastupující technologie

!! Více neutronů → více paliva a méně odpadu !!

Budování rychlého reaktoru BN-800 v Rusku

Právě spuštěný experimentální rychlý reaktor v Číně Dva snímky z budování rychlého reaktoru v Indii

25 MWe

500 MWe

800 MWe

Různé generace jaderných reaktorů

Využívání jaderné energie od padesátých let

Komerční reaktory od šedesátých, sedmdesátých let osmdesátá a devadesátá léta - stále efektivnější a bezpečnější

Začátek tohoto století – nová III. generace – evoluční vývoj - efektivní, bezpečné (kontejnment, pasivní bezpečnostní prvky), dlouhodobá životnost

Současné fungující reaktory II generace

Až na výjimky generace II. Spolehlivá funkce, stále efektivnější využitíProdlužování životnosti (přes 40 let), zkracování přestávek, optimalizacevýkonu (dukovanské reaktory dříve 440 MWe, nyní téměř 500 MWe)

Dva dokončené bloky 1 a 2 jaderné elektrárny Cernavoda v Rumunsku (reaktor CANDU)

Rozestavěná bulharská jaderná elektrárna Belene (reaktory VVER 1000)

V USA výkon jaderné energetiky rostl, i když se nové reaktory nestavěly

Podíl jaderné energie v některých státech velký (Francie až 71 %)

V současnosti boom výstavby v rozvíjejících se zemích Asie

V Evropě se dostavují nedokončené reaktory – nové budou už III. generace

Reaktory III. generace

Jejich vývoj využívá předchozí zkušenostiPasivní bezpečnost – automatické vypnutíStandardní sériová výstavba – zjednodušení schvalování, zkrácená doba výstavby snížení cenyProdloužení období mezi výměnami palivaDlouhá doba provozu – standardně se blíží k 60 letůmZajištění rozvoje jaderné energetiky v první polovině tohoto století

EPR (1700 MWe) - AREVA

Rozestavěný třetí blok jaderné elektrárny typu EPR na ostrově Olkiluoto

Rozestavěný třetí blok jaderné elektrárny Flamanville ve Francii

AP1000 – Westinghaus (Toshiba)

První blok jaderné elektrárny Sanmen v Číně

VVER 1200 (AES-2006) - Atomstrojexport

Zahájení stavby bloků Novovoroněž II (staví se dva bloky – v červenci 2009 zahájena betonáž i základů 2. bloku)

Schéma elektrárny s blokem AP1000

Reaktory IV. generace

Studie šesti různých nových typů reaktorů, čtyři jsou rychlé a jen dva jsou klasické

Hlavní úkoly: 1) Využít veškerý potenciál jaderného paliva (238U, 232Th) - rychlé reaktory 2) Snížit množství jaderného odpadu na minimum 3) Zvýšit bezpečnost na maximum 4) Práce při velmi vysokých teplotách ( 1000oC) → možnost efektivní produkce vodíku 5) Životnost minimálně 60 let 6) Snížení nebezpečí šíření jaderných materiálů

Umožnění efektivního využití veškerého paliva kombinací množivých rychlých reaktorů a velmi efektivních klasických reaktorů

První typy okolo roku 2030

Nahradí elektrárny II. A III. Generace a zajistí rozvoj jaderné energetiky

Jaké možnosti jádro poskytuje?

Efektivní větší zdroj energie minimálně (chlazení) závislý na místních podmínkáchStálý stabilní výkon → vhodné základní větší zdroje

Česko – Dukovany (4 440 MW) a Temelín (2 1000 MW) – celkem 3760 MW (32 %) úvaha – 2 bloky Temelín a 1 Dukovany ( ~ 4000 MW) – 70 % elektrické energieSlovensko - Jaslovské Bohunice (2 bloky 440 MW) a Mochovce (2 bloky 440 MW) - 37% schváleno – 2 bloky Mochovce (880 MW) , 2 bloky Jaslovské Bohunice (~ 2500 MW)

V budoucnu i další elektrárny – podíl na elektřině 70 – 80 %, větší podíl u tepla, vodík

U elektřiny by tak podíl mohl být až 70 – 80 % (nemá smysl aby byl větší)

Větší využití v dopravě v případě přechodu na elektromobily a vodíkové hospodářství

Nahrazení hlavně uhelných elektráren – snížení produkce CO2

Teplárny – přechod na menší kompaktní zdroje

Možnost kompaktních malých zdrojů, kde by se neměnilo palivo, ale celá elektrárna

Nutnost vhodné kombinace a doplňování s dalšími zdroji a úsporami

Jaderná energetika není samospasitelná, ale může být významným zdrojem energie

Budovaný plovoucí reaktor (70 MWe)

EPR reaktor

Urychlovačem řízený jaderný transmutor – možná aplikace „již brzy“

Z čeho se skládá:

1) Urychlovač protonů - energie 100 - 1000 MeV2) Terč - olovo, wolfram …3) Nádoba obsahující systém jaderného odpadu, moderátoru

Nutnost separace stabilních a krátkodobých izotopů

Základní vlastnosti:

1) Využívá tříštivých reakcí2) Velmi vysoká hustota neutronů → efektivní transmutace3) Podkritický režim provozu4) Produkce neutronů ve velmi širokém rozmezí energií

Schéma koncepce jaderného transmutoru

Terč tříštivé zdroje neutronů Megapie

Studie možností konstrukce transmutoru v CERNu

!!! Ještě mnohem více neutronů → ještě méně jaderného odpadu !!!

Termojaderná fúze – výzkum pro budoucnost( k využití poslední čtvrtletí tohoto století?)

Slučování lehkých jader produkce energie

Praktické využití: 2H + 3H 4He + n + 17.58 MeV

Jaderné reakce za vysokých teplot (107 - 109 K) termojaderné reakce

Lawsonovo kriterium - podmínka pro to, aby termojaderná reakce produkovala více energie než se spotřebuje na ohřev paliva

Inerciální udržení plazmatu – velká hustota (stlačení pomocí laserů) a krátká doba udržení

Magnetické udržení – „nízká“ hustota plazmatu, dlouhá doba udržení (stovky sekund a více)

Komora laserového termojaderného zařízení NIF

Ohřev plazmatu – proudem, stlačením magnetickým polem, vysokofrekvenčním polem a termojadernou fúzí

Ohřev termojadernou fúzí musí stačit na její udržení

Jedny z největších tokamaků JET (Evropa) a KSTAR (J. Korea)

Současnost ~ 2020 ne dříve než 2040

ITER – největší projekt výzkumu produkce energie začíná

Řad studií společných pro vyspělé štěpné i fuzní systémy(třeba studium reakcí neutronů při vyšších energiích)

Základní výzkum (kdy a zda vůbec budoucí využití se zatím neví)

Využití zatím pouze SCI-FI

Nutnost spolupráce

Co má společnost žádat od vědců?

Při rozumném přístupu společnosti jsou energetické problémy ekologicky bezpečným způsobem řešitelné

1) Přesná pozorování s určenými nejistotami2) Udávat vždy nejistoty v předpovědích3) Odborné rady a doporučení (zase v kontextu nejistot poznání)4) Informování veřejnosti o získaných poznatcích5) Informování o skutečnosti i odporující „společenské objednávce“

Co určitě ne: 1) Jednoznačné výpovědi, kde je neznáme 2) Trvat na odpovědích podle přání

Spolupráce mezi politiky, vědou (základním i aplikovaným výzkumem), průmyslema spoustou dalších složek společnosti

Jaký je vývoj klimatu?

Přijde ropná krize?

Jak ji řešit?

Jedna bez druhé se neobejdeNutnost dlouhodobého základu této spolupráceKrátkodobé výhody získané likvidací jiné složky se z dlouhodobého hlediska vymstí.Vždy je nutný určitý kompromis

ZŠ → SŠ → VŠ → PhD

Jak čelit nedostatku mladých odborníků?

Co ano: Podpořit konkrétní školy i učitele Podpořit nejen výzkum pro konkrétní potřeby firmy ale i „čistou“ vědu Podpořit náročnost a kvalitu výuky (škola hrou je fajn ale ke znalostem se nelze dobrat jen zábavou – špičkový výkon potřebuje i dřinu) Podporovat fungující projekty (pokud jsou dobré)

Co ne: Podřizování škol a výuky potřebám „praxe“ Přesun prostředků ze základního výzkumu do „firemního“ vývoje Snížení nároku na studenty „preference kvantity před kvalitou“ Startovat stále nové projekty a fungující ponechávat svému osudu

„Je tomu však stejně u každého vynálezu. Prvním krokem je nápad a ten přichází jako výbuch, ale potom se vynořují stále větší těžkosti.“„Vynalézat je devadesát devět procent dřiny a jen jedno procento nápadu.“

T. A. Edison

Popularizace vědy a techniky

1) Potřeba rozumně skloubit „populárnější“ i „serióznější“ prvky2) Neslibovat zázraky, nesklouzávat k „nej …nej … nej …“ 3) Neobejde se bez sponzorování – velké pole pro podniky4) Stačí i malá podpora fungujících projektů, ztráta jejich

„tradice“ se může těžko nahrazovat

Dobré příklady česko-slovenské spolupráce

Regionální a evropská spolupráce

Jaderná elektrárna Paks v Maďarsku

Maďarsko: 4 reaktory VVER440 (40 % jádro) chystá se stavět nové blokyPolsko: uvažuje o nichRakousko: bez jádraNěmecko: jádro, politické rozhodnutí o odstoupení

Jihovýchod Evropy: Rumunsko: Cernavoda (2 + 2 reaktory CANDU)Bulharsko: Kozloduj (nyní 2 reaktory VVER1000) Belene (příprava stavby 2 reaktorů)

Různé podmínky pro využití různých energetických zdrojů – možnost kombinace, vzájemného doplňování a pomoci

Jen dostatečně velká, spolupracující a jednotná Evropa si může zajistit dostatečnou váhu ve světě a prostor i možnosti pro řešení našich problémů a případných krizí

Efektivní regionální spolupráce nám dodá dostatečnou váhu v Evropě

Efektivní spolupráce v „jednotné“ Evropě nám dodá dostatečnou váhu ve světě

Závěr

1) Základy naší technické civilizace stojí na vědeckém výzkumu předchozích generací

2) Pro další její rozvoj je zase potřeba mít vize a cíle

3) I řešení energetických a ekologických problémů se bez dlouhodobé vize neobejde

4) Žádné řešení v této oblasti není samospasitelné – je třeba mít otevřenu řadu možností

5) Je třeba fungující spolupráce mezi průmyslem, vědou, školstvím –

6) Hrozí nedostatek odborníků – prostor pro podporu ze strany podniků

7) Bez regionální spolupráce nebude spolupráce evropská – bez „jednotné“ Evropy těžko dodáme váhy své vizi světa (ať bude jakákoliv)

Ústav jaderné fyziky AVČR