K základnímu experimentálnímu vybavení vědeckovýzkumných center, která působí v oblasti jaderných oborů, patří vedle urychlovačů nabitých částic výzkumné jaderné reaktory jako mohutné zdroje neutronů. Od reaktorů energetických se odlišují nejen tepelným výkonem, ale také vybavením, které badatelům umožňuje provádět experimentální práce a přizpůsobovat provozní režim podle jejich potřeb. V Řeži u Prahy začal první výzkumný reaktor sloužit vědcům před půl stoletím.
Padesátileté historii výzkumných reaktorů v Řeži předcházela poválečná iniciativa o zachycení nástupu nukleoniky. Mimořádný rozvoj jaderných oborů, dosažený v USA v období druhé světové války během vývoje atomové bomby, motivoval řadu zemí k budování výzkumných pracovišť cílených na energetické využití jaderné energie. Iniciativu České akademie věd a umění (ČAVU) dokládá Memorandum o Ústavu České akademie pro atomovou fysiku, kde se mj. praví: Česká akademie věd a umění, jsouc si vědoma nesmírného významu celé věci, rozhodla se ve schůzi své II. třídy, dne 14. června 1946, zříditi při Akademii samostatný ústav pro atomovou fysiku. Laboratoř pro nukleární fysiku ČAVU (LNF ČAVU) vedená profesorem Václavem Petržílkou se po založení ČSAV stala Laboratoří pro nukleární fyziku ČSAV (LNF ČSAV). Tehdy ještě přetrvávalo přísné utajování vědeckých poznatků a technických informací souvisejících s oblastmi jaderných oborů, takže nezbývalo než se vydat na dráhu budování primárního jaderného reaktoru vlastními silami. Jediným naším fyzikem, který se během studijního pobytu u prof. F. Joliota na Collège de France v Paříži seznámil s konstrukcí francouzského těžkovodního uranového reaktoru ZOE, byl Ing. Čestmír Šimáně jako stipendista ČAVU. Po návratu se stal prvním zaměstnancem LNF ČAVU.LNF ČSAV tehdy v Hostivaři zvládla přípravu nukleárně čistého uranu a připravila jeho poloprovozní výrobu, dále L. Trlifaj, I. Úlehla vypracovali teoretický výpočet reaktoru a pod názvem Výpočet pomalého reaktoru pracujícího s přirozeným uranem jej v roce 1957 publikovali v Rozpravách ČSAV 97, sešit 11. Projekty výroby těžké vody a nukleárně čistého grafitu vypracoval Chemoprojekt.
Na půdě OSN se po ukončení monopolu jaderných zbraní postupně vytvářely podmínky k mezinárodní spolupráci při mírovém využívání jaderné energie. V prosinci 1954 rozhodlo Valné shromáždění OSN o vybudování Mezinárodní agentury pro atomovou energii a o konání první konference o mírovém využití atomové energie v roce 1955 v Ženevě. Tento rok byl mimořádně významný pro naše další zaměření a z toho vyplývající tempo rozvoje nukleoniky. Sověti přišli s nabídkou vědeckotechnické pomoci při rozvíjení mírového využití jaderné energie, jejíž součástí byl mj. výzkumný jaderný reaktor VVR-S víceúčelového provedení. Parametry reaktoru (hustota toku neutronů) odpovídaly tehdejší pokročilé úrovni reaktorové techniky. V témže roce pracovalo v šesti státech světa již 27 výzkumných reaktorů (USA 12, Anglie 6, SSSR 5, Kanada 2, po jednom Francie, Norsko). Opustili jsme tedy cestu vývoje od budování primárního reaktoru s přirozeným uranem a využili jsme možnosti navázat na pokročilejší úroveň výzkumu. V polovině roku 1955 byl nařízením vlády zřízen Ústav jaderné fysiky, Fakulta technické a jaderné fysiky na UK, Střední průmyslová škola jaderné techniky a bylo rozhodnuto o vybudování jaderné elektrárny A 1 v Jaslovských Bohunicích, nastalo tedy příznivější období k osvojení a rozvoji jaderných disciplín.
Ohlédněme se za uplynulými padesáti lety, během kterých představují řežské výzkumné reaktory VVR-S a LVR-15 intenzivní zdroje neutronů, jež potřebují vědecká pracoviště k experimentálním pracím především v oblastech jaderné fyziky, jaderné chemie, materiálového výzkumu a jaderného energetického inženýrství. Tyto zdroje neutronů jsou neméně významné i pro výzkum a aplikace v nejaderných oblastech, jako je např. studium struktury pevných látek, medicína či výroba polovodičů.
Výstavba výzkumného jaderného reaktoru VVR-S Ústavu jaderné fysiky Československé akademie věd (ÚJF ČSAV) byla v Řeži zahájena v polovině roku 1955. Reaktor dosáhl stavu řízeného řetězového štěpení uranu osm minut před půlnocí přesně před padesáti lety – 24. září 1957. Při nominálním tepelném výkonu reaktoru 2 MW dosahovala hustota toku neutronů v aktivní zóně 2 . 1013 cm–2 . s–1. Palivem byl uran obohacený 10 % izotopu 235U, moderátorem i chladícím médiem destilovaná voda. K ozařování terčových materiálů a k radiačním experimentům slouží vertikální kanály v aktivní zóně reaktoru, zatímco provádět experimentální práce v neutronové fyzice a jejích aplikacích umožňují kolimované svazky neutronů vyvedené z aktivní zóny horizontálními kanály. Reaktor byl též vybaven tepelnou grafitovou kolonou, kde hustota toku tepelných neutronů vykazovala hodnotu do 2 . 1012 cm–2 . s–1. K bezpečnému postiradiačnímu nakládání s ozářenými materiály sloužily horké komory vybavené dálkově ovládanými manipulátory. Ozařovací parametry a popsané vybavení reaktoru odpovídalo potřebám výzkumného centra multidisciplinárního zaměření. Instalacím reaktorů typové řady VVR-S v roce 1957 u nás a v Rumunsku předcházel provoz dvou takových reaktorů v Moskvě (1951, 1954). Kromě několika evropských zemí a dalších sovětských vědeckovýzkumných pracovišť byl tento typ reaktoru posléze instalován též v Egyptě (1961) a v Iráku (1968). V roce 1957, kdy zahájil provoz náš reaktor, bylo ve 14 členských státech Mezinárodní agentury pro atomovou energii v provozu 66 výzkumných reaktorů; v roce 1960 jich ve 28 státech pracovalo již 159.
Uvedením reaktoru do rutinního provozu mohly odstartovat experimentální práce v neutronové fyzice a jejích aplikacích, materiálový výzkum konstrukčních materiálů jaderné techniky, metodický rozvoj a aplikace neutronové aktivační analýzy a analytické aplikace promptního záření gama. Byla také zahájena příprava radionuklidů ke studiu v jaderné spektroskopii záření beta a gama, v chemickém výzkumu separačních procesů štěpných produktů a technologií k nakládání s radioaktivním odpadem, k vývoji a výrobě radiofarmak pro diagnostiku a terapii a k aplikacím radioaktivních indikátorů na mimoústavních pracovištích. Výkon reaktoru se po rekonstrukci v r. 1964 zvýšil na 4 MW.
Nový lehkovodní výzkumný reaktor LVR-15 s tepelným výkonem 10 MW, vybavený sovětským palivem typu IRT-2M vysoce obohaceném izotopem uranu 235U, byl vybudován koncem osmdesátých let. Tento reaktor v Ústavu jaderného výzkumu Řež, a. s., je nyní pravidelně provozován na výkonu mezi 8 a 10 MW, kdy hustota toku neutronů dosahuje hodnoty kolem 1014 cm–2 . s–1. Uvedené ozařovací parametry jsou žádoucí zvláště ve výzkumu radiačních účinků na konstrukční materiály pro jadernou energetiku, při přípravě radionuklidů k výrobě radiofarmak a uzavřených zářičů pro defektoskopii, radioaktivních indikátorů a v neutronové aktivační analýze včetně její metodické instrumentální varianty užívající krátkodobou aktivaci pomocí expresního pneumatického transportu ozářeného vzorku do laboratoře. Reaktor slouží i jako zdroj tepelných neutronů ke studiu a ke klinickým zkouškám léčení rakoviny metodou neutronové záchytové terapie. Elektrotechnický průmysl získává ozařováním monokrystalů křemíku procesem 30Si(n, γ)31Si(β–)31P kvalitní materiál s vysokým stupněm homogenity distribuce fosforu. Svazky neutronů vyvedené horizontálními kanály jsou obsazeny především difraktometry výzkumných skupin Ústavu jaderné fyziky AV ČR, Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT a Centra výzkumu Řež, s. r. o.
V současnosti slouží v ÚJV Řež, a. s., ke studiím v reaktorové fyzice též reaktor nulového výkonu LR 0 a na katedře jaderných reaktorů Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT v Praze je od roku 1990 v provozu školní reaktor VR-1 VRABEC (tepelný výkon 1 kW), který je určen především k praktickým cvičením studentů jaderných a technických oborů našich i zahraničních vysokých škol.
Miloslav Vobecký,
Ústav analytické chemie AV ČR, v. v. i.
English
