V historických prostorách vily Lanna se ve dnech 18.–23. října 2009 uskutečnil čtvrtý mezinárodní workshop projektu DECOVALEX 2011 (Development of Coupled Models and their Validation Against Experiments). Tato událost, kterou zorganizoval Ústav geoniky AV ČR, v. v. i., se sídlem v Ostravě, poskytla příležitost popsat zaměření projektu i podrobnosti pražského workshopu.
Účastníci konference při exkurzi do vodárenského tunelu v Bedřichově
Foto: Archiv ÚGN AV ČR
Projekt DECOVALEX vznikl v souvislosti s řešením problémů s podzemním ukládáním vyhořelého jaderného paliva a jaderného či vysoce toxického odpadu vůbec. Podzemní ukládání umožňuje izolovat nebezpečný radioaktivní odpad po dobu desítek až stovek tisíc let jak s využitím speciálních inženýrských prostředků, jako jsou odolné kontejnery, tak přírodních geologických bariér (horninové prostředí). V České republice se uvažuje o koncepci podzemního úložiště (soustavy tunelů) v žulovém masivu v hloubce více než 500 metrů pod povrchem. Potřeba zaručené bezpečnosti mimořádně dlouhodobého uložení vysoce nebezpečného odpadu motivuje podrobný výzkum horninového prostředí a v něm probíhajících procesů. V případě podzemního ukládání vyhořelého jaderného paliva se jedná hned o několik vzájemně provázaných procesů: mechanické ovlivnění horninového prostředí výstavbou podzemního úložiště, šíření tepla produkovaného vyhořelým jaderným palivem, proudění podzemní vody v okolí úložiště, posouzení scénářů šíření látek tímto prouděním, geochemické problémy reakce roztoků s horninami, sorpce na horninový povrch a podobně.
Výzkum uvedených sdružených procesů vyžaduje vytvoření komplexních matematických modelů a jejich implementaci i validaci pomocí vhodně vybraných testovacích úloh. S touto koncepcí vznikl projekt DECOVALEX, jehož první etapa započala v roce 1992. V současnosti realizujeme jeho pátou etapu. Jde o projekt mezinárodní, který je financován z národních prostředků účastnických zemí určených na řešení problematiky likvidace vyhořelého jaderného paliva a radioaktivních odpadů.
Pro ilustraci současné etapy DECOVALEX 2011 uveďme, že program řešení je rozdělen do tří okruhů. První porovnává modelování tepelných procesů, proudění a chemických procesů s daty získanými při experimentu opakovaného vysušování a zavlažování zpevněných jílů v podzemní horninové laboratoři Mont Terri na hranici mezi Francií a Švýcarskem. Druhý okruh využívá data z experimentu v podzemní horninové laboratoři v Äspö v jižním Švédsku, kde byl v žulovém masivu vyražen v hloubce 450 metrů tunel s dvěma ukládacími vrty. Vědci tak získali přesná data o porušování žulového horninového masivu v důsledku konstrukce díla a následného umělého zahřívání hornin po dobu několika měsíců. Třetí úkol souvisí s hydrogeologií a modelováním proudění v nespojitém prostředí porušeného horninového masivu s využitím mnohaletého geologického výzkumu horninového masivu v Jizerských horách v okolí bedřichovských tunelů. Ve všech případech jde o rozvoj modelování složitých a sdružených procesů a validaci modelů pomocí dat získaných v existujících či cíleně vytvořených reálných situacích. Kromě přístupu k cenným datům je v projektu důležité srovnání řešení různých týmů, které navíc využívají různé, jim blízké postupy.
Zleva: Lanru Jing (KTH Royal Institute of Technology, Stockholm), Benoit Garitte (CIMME, Barcelona) a John Hudson (Imperial College, Londýn)
Foto: Archiv ÚGN AV ČR
Na pražském setkání referovali odborníci z 10 zemí (Švédska, Finska, Velké Británie, Francie, Německa, Republiky Koreje, Číny, Japonska, USA a ČR) o postupu řešení projektu; odborníci z České republiky jsou do projektu přímo zapojeni poprvé. Kromě Ústavu geoniky AV ČR v Ostravě se na něm podílí rovněž Technická univerzita v Liberci, která v současnosti organizuje výzkum geologického prostředí v Jizerských horách a rozvíjí vlastní přístupy a programy pro matematické modelování procesů proudění a transportu látek v nespojitém prostředí porušeného žulového masivu. TU Liberec také zajistila exkurzi, při níž se účastníci workshopu seznámili s výsledky multidisciplinárního výzkumu horninového prostředí vodárenského tunelu v Bedřichově. Ten je unikátní jak svou přístupností a možností pozorovat puklinové systémy, tak možností porovnat dvě techniky konstrukce tunelu, ražením a vrtáním. Ústav geoniky se v rámci projektu DECOVALEX 2011 angažuje nejen laboratorním výzkumem liberecké žuly, ale především účastí na modelování termomechanických procesů a porušování hornin s daty z experimentu v Äspö. Rovněž využívá vlastní přístupy a programy, přičemž lze konstatovat, že v rámci řešení projektu byl například učiněn výrazný pokrok v řešení výpočetně náročných inverzních úloh identifikace parametrů, které charakterizují geologické prostředí. Dosavadní výsledky se také dobře shodují s přístupy dalších týmů. Pro řešení se využívají náročné paralelní výpočty, s jejichž rozvojem a využitím se počítá i v nedávném návrhu projektu IT for Innovations v rámci programu Výzkum a vývoj pro inovace (VaVpI).
Obraz projektu lze doplnit skutečností, že ho vede prof. J. Hudson (IC London), který byl prezidentem Mezinárodní společnosti pro mechaniku hornin. Jeho funkci po něm letos převzal jiný účastník projektu i pražského workshopu, prof. Xia-Ting Feng, ředitel Ústavu pro mechaniku hornin a zemin čínské Akademie věd. V rámci pozvaných přednášek vystoupil jeden ze zakladatelů projektu prof. Ove Stephansson z GFZ Potsdam a dr. J. Klomínský z České geologické služby, který v posledním desetiletí vedl geologický výzkum prostředí bedřichovských tunelů. Koncepci ukládání vyhořelého jaderného paliva v ČR prezentoval dr. J. Slovák, vedoucí oddělení přípravy hlubinného úložiště Správy úložišť radioaktivních odpadů (SÚRAO).
Pražský workshop DECOVALEX 2011 byl již čtvrtým mezinárodním setkáním spoluřešitelů; zahajovací se uskutečnilo v dubnu 2008 v Oxfordu. Následná setkání se konala v Japonsku a Koreji.
Z hlediska dnešní diskuse o základním a aplikovaném výzkumu se v případě tohoto projektu jedná o příklad problematiky, která vyžaduje dlouhodobý a hluboký základní výzkum. Přitom je pro společnost z hlediska perspektivy využití jaderné energie a otázek životního prostředí bezprostředně aktuální. Při řešení se uplatňují četné geovědní obory v kombinaci s matematickým modelováním a realizací náročných výpočtů.
Seminář byl příležitostí pro vzájemné srovnání výsledků jednotlivých zahraničních pracovišť, která využívají různé přístupy. Poděkování účastníků patří jak organizátorům, tak pracovníkům vily Lanna, kteří pro jednání vytvořili příjemné prostředí, jež plně obstálo v konkurenci zmiňovaných předchozích workshopů.
RADIM BLAHETA,
Ústav geoniky AV ČR, v. v. i.
Účastníci konference při exkurzi do vodárenského tunelu v Bedřichově
Foto: Archiv ÚGN AV ČR
Projekt DECOVALEX vznikl v souvislosti s řešením problémů s podzemním ukládáním vyhořelého jaderného paliva a jaderného či vysoce toxického odpadu vůbec. Podzemní ukládání umožňuje izolovat nebezpečný radioaktivní odpad po dobu desítek až stovek tisíc let jak s využitím speciálních inženýrských prostředků, jako jsou odolné kontejnery, tak přírodních geologických bariér (horninové prostředí). V České republice se uvažuje o koncepci podzemního úložiště (soustavy tunelů) v žulovém masivu v hloubce více než 500 metrů pod povrchem. Potřeba zaručené bezpečnosti mimořádně dlouhodobého uložení vysoce nebezpečného odpadu motivuje podrobný výzkum horninového prostředí a v něm probíhajících procesů. V případě podzemního ukládání vyhořelého jaderného paliva se jedná hned o několik vzájemně provázaných procesů: mechanické ovlivnění horninového prostředí výstavbou podzemního úložiště, šíření tepla produkovaného vyhořelým jaderným palivem, proudění podzemní vody v okolí úložiště, posouzení scénářů šíření látek tímto prouděním, geochemické problémy reakce roztoků s horninami, sorpce na horninový povrch a podobně.
Výzkum uvedených sdružených procesů vyžaduje vytvoření komplexních matematických modelů a jejich implementaci i validaci pomocí vhodně vybraných testovacích úloh. S touto koncepcí vznikl projekt DECOVALEX, jehož první etapa započala v roce 1992. V současnosti realizujeme jeho pátou etapu. Jde o projekt mezinárodní, který je financován z národních prostředků účastnických zemí určených na řešení problematiky likvidace vyhořelého jaderného paliva a radioaktivních odpadů.
Pro ilustraci současné etapy DECOVALEX 2011 uveďme, že program řešení je rozdělen do tří okruhů. První porovnává modelování tepelných procesů, proudění a chemických procesů s daty získanými při experimentu opakovaného vysušování a zavlažování zpevněných jílů v podzemní horninové laboratoři Mont Terri na hranici mezi Francií a Švýcarskem. Druhý okruh využívá data z experimentu v podzemní horninové laboratoři v Äspö v jižním Švédsku, kde byl v žulovém masivu vyražen v hloubce 450 metrů tunel s dvěma ukládacími vrty. Vědci tak získali přesná data o porušování žulového horninového masivu v důsledku konstrukce díla a následného umělého zahřívání hornin po dobu několika měsíců. Třetí úkol souvisí s hydrogeologií a modelováním proudění v nespojitém prostředí porušeného horninového masivu s využitím mnohaletého geologického výzkumu horninového masivu v Jizerských horách v okolí bedřichovských tunelů. Ve všech případech jde o rozvoj modelování složitých a sdružených procesů a validaci modelů pomocí dat získaných v existujících či cíleně vytvořených reálných situacích. Kromě přístupu k cenným datům je v projektu důležité srovnání řešení různých týmů, které navíc využívají různé, jim blízké postupy.
Zleva: Lanru Jing (KTH Royal Institute of Technology, Stockholm), Benoit Garitte (CIMME, Barcelona) a John Hudson (Imperial College, Londýn)
Foto: Archiv ÚGN AV ČR
Na pražském setkání referovali odborníci z 10 zemí (Švédska, Finska, Velké Británie, Francie, Německa, Republiky Koreje, Číny, Japonska, USA a ČR) o postupu řešení projektu; odborníci z České republiky jsou do projektu přímo zapojeni poprvé. Kromě Ústavu geoniky AV ČR v Ostravě se na něm podílí rovněž Technická univerzita v Liberci, která v současnosti organizuje výzkum geologického prostředí v Jizerských horách a rozvíjí vlastní přístupy a programy pro matematické modelování procesů proudění a transportu látek v nespojitém prostředí porušeného žulového masivu. TU Liberec také zajistila exkurzi, při níž se účastníci workshopu seznámili s výsledky multidisciplinárního výzkumu horninového prostředí vodárenského tunelu v Bedřichově. Ten je unikátní jak svou přístupností a možností pozorovat puklinové systémy, tak možností porovnat dvě techniky konstrukce tunelu, ražením a vrtáním. Ústav geoniky se v rámci projektu DECOVALEX 2011 angažuje nejen laboratorním výzkumem liberecké žuly, ale především účastí na modelování termomechanických procesů a porušování hornin s daty z experimentu v Äspö. Rovněž využívá vlastní přístupy a programy, přičemž lze konstatovat, že v rámci řešení projektu byl například učiněn výrazný pokrok v řešení výpočetně náročných inverzních úloh identifikace parametrů, které charakterizují geologické prostředí. Dosavadní výsledky se také dobře shodují s přístupy dalších týmů. Pro řešení se využívají náročné paralelní výpočty, s jejichž rozvojem a využitím se počítá i v nedávném návrhu projektu IT for Innovations v rámci programu Výzkum a vývoj pro inovace (VaVpI).
Obraz projektu lze doplnit skutečností, že ho vede prof. J. Hudson (IC London), který byl prezidentem Mezinárodní společnosti pro mechaniku hornin. Jeho funkci po něm letos převzal jiný účastník projektu i pražského workshopu, prof. Xia-Ting Feng, ředitel Ústavu pro mechaniku hornin a zemin čínské Akademie věd. V rámci pozvaných přednášek vystoupil jeden ze zakladatelů projektu prof. Ove Stephansson z GFZ Potsdam a dr. J. Klomínský z České geologické služby, který v posledním desetiletí vedl geologický výzkum prostředí bedřichovských tunelů. Koncepci ukládání vyhořelého jaderného paliva v ČR prezentoval dr. J. Slovák, vedoucí oddělení přípravy hlubinného úložiště Správy úložišť radioaktivních odpadů (SÚRAO).
Pražský workshop DECOVALEX 2011 byl již čtvrtým mezinárodním setkáním spoluřešitelů; zahajovací se uskutečnilo v dubnu 2008 v Oxfordu. Následná setkání se konala v Japonsku a Koreji.
Z hlediska dnešní diskuse o základním a aplikovaném výzkumu se v případě tohoto projektu jedná o příklad problematiky, která vyžaduje dlouhodobý a hluboký základní výzkum. Přitom je pro společnost z hlediska perspektivy využití jaderné energie a otázek životního prostředí bezprostředně aktuální. Při řešení se uplatňují četné geovědní obory v kombinaci s matematickým modelováním a realizací náročných výpočtů.
Seminář byl příležitostí pro vzájemné srovnání výsledků jednotlivých zahraničních pracovišť, která využívají různé přístupy. Poděkování účastníků patří jak organizátorům, tak pracovníkům vily Lanna, kteří pro jednání vytvořili příjemné prostředí, jež plně obstálo v konkurenci zmiňovaných předchozích workshopů.
RADIM BLAHETA,
Ústav geoniky AV ČR, v. v. i.
English
