O studiu v zahraničí a touze vrátit se zpět

Po celém světě najdete mezi Čechy žijícími v zahraničí celou plejádu vědců, pedagogů nebo studentů. Jednoho z pravidelných jarních setkání skandinávských Čechů ve Švédsku se před několika lety zúčastnil také student jaderně chemického inženýrství na ČVUT, který tehdy v rámci projektu Erasmus studoval ve Stockholmu. Znovu jsme se potkali nedávno při ekologické akci v pražském Prokopském údolí. Martin Přeček v současné době pobývá třetím rokem na americké Oregon State University, kde se v rámci doktorského studia věnuje jaderné chemii. Ačkoli je Martin za mořem úspěšný, patří k lidem, kteří se chtějí vrátit domů.

Pojem nuclear chemistry v USA představuje poněkud užší specializaci, než se zahrnuje pod jadernou chemii u nás. Martin Přeček studuje radiochemii (radiochemistry), což je chemická věda, která se zabývá prací s radioaktivními látkami. Pracuje na výzkumu technologií přepracování použitého jaderného paliva. Věnoval se mu i během studia na oddělení fluorové chemie v Ústavu jaderného výzkumu v Řeži u Prahy. Poté využil možnosti doktorského studia v USA u školitelky slovenského původu Aleny Paulenové, která vede oddělení radiochemie na katedře chemie na Oregon State University.

Martine, vy nejen studujete, ale také učíte – a jste k úrovni studentů značně kritický, protože americké střední školy obecně nemají moc vysokou úroveň. Říká se, že přírodní vědy dnes studují převážně lidé z Asie. Lze nastínit složení studentů?

Ve Státech je poměrně zajímavý kontrast mezi bakalářským a doktorským studiem. Oregon State University má většinu studentů na College, tedy čtyřletém bakalářském studiu, které se od doktorského liší charakterem, náročností i složením lidí. Zdejší College navštěvují primárně „místní“ studenti z Oregonu, kteří tvoří polovinu obyvatel padesátitisícového Corvallisu. Tito studenti profilují oregonskou populaci, která je převážně bílá. Učil jsem dva trimestry obecné chemie prvního ročníku, kde bylo jen pár studentů afroamerických, asijských nebo tzv. „Latino“ – což byli převážně Mexičani. V graduovaném studiu se tento poměr mění. Absolventi bakalářského studia většinou nepokračují na stejné univerzitě, ale na doktorát se přihlásí úplně jinam. Jen výjimečně zůstanou na téže univerzitě.

Máte odstup doktoranda z Čech – vidíte v takovém systému výhodu?

To nejsem schopný posoudit. Řekl bych, že někdo vybírá podle toho, v čem je ta která univerzita lepší, ale mezi graduovanými studenty mám mnoho kamarádů, kteří se rozhodli podle prostředí, protože je v Oregonu hezká příroda. Severozápad Ameriky se charakterem podobá Skandinávii, není hustě osídlen, není tam vedro, což ovlivňuje i lidský charakter, píli. Lidé jsou tu příjemní, otevření, environmentálně zaměření. Naše konkurenční University of Oregon ve městě Eugene je humanitně zaměřená, zatímco Oregon State University přešla z původně zemědělské orientace na techniku. Graduovaní studenti odjedou na druhý konec USA, daleko od rodiny, osamostatní se a současně potřebují mít nějaký příjem. Oproti nim jsou bakalářští studenti naprosto závislí na rodičích a na půjčce, protože studium je velmi drahé. Já si také oficiálně studium platím, i když mi jakožto asistentovi byla platba prominuta. Přestože je Oregonská univerzita státní, je drahá a ze studentů žije. První ročníky navíc povinně bydlí v kampusu na koleji; ta je asi o 2 až 3 dolary dražší než ubytování mimo kampus.

Zdejší katedra chemie je větší než v Česku, ale zase ne tak velká jako chemický ústav Přírodovědecké fakulty UK. Doktorský student na ní začíná z bakalářské úrovně, první dva roky nezkoumá a na katedře se věnuje tomu, co by u nás dělal v navazujícím magisterském studiu. Profesorů je tu asi 25 a jsou rozděleni do vnitřních divizí. Po dvou letech studia si studenti vyberou nějaký směr, divizi, kde zpočátku třeba ani nemají školitele, jen se rozhlížejí, co by chtěli dělat. Ale také už mohou být placeni z výzkumného grantu. Na rozdíl od negraduovaných studentů dostávají plat, s nímž se dá vyjít.

Chápu správně, že se v této fázi může studium stát současně prací?

Graduovaný student musí pracovat, jinak mu není prominuto školné. Na katedře chemie může učit a být Teaching Assistant (TA), nebo po dvou letech zkoumat a být tzv. Research Assistant (RA). Dostane na starost asistenci při některém předmětu – první ročníky graduovaných studentů většinou vyučují negraduované první ročníky. Já bych normálně učil prvním rokem obecnou chemii – ohromný kurz rozčleněný do několika podpředmětů, jímž ročně prochází přes dva tisíce studentů. Většina z nich nejsou chemici, ale strojaři, stavaři, biologové. Polovina z nich se učí předmět jenom teoreticky, ostatní musejí projít laboratořemi. Každý asistent tak musí s 24člennou skupinou absolvovat jednou týdně 4hodinovou laboratoř. Denně se tam střídají stovky studentů, asistenti mimo cvičení a laboratoří musejí hodnotit laboratorní zprávy: od každého z 24 studentů desetistránkový dokument s připojenými záznamy z laboratorního protokolu – měl jsem na starosti dvě skupiny, což obnášelo 48 protokolů. V zájmu objektivity se předávají všechny protokoly do společného banku profesorovi, který vede kurz, aby dostali asistenti k hodnocení záznamy jiných studentů. Tím jsem vždy strávil neděli a kus pondělí.

Chemii jste studoval v Česku, Švédsku a USA. Je srovnatelný poměr mezi počtem studentů přihlášených do prvního ročníku a těch, kteří studium dokončí?

Švédsko bych umístil mezi americký a český systém. Určité prvky kategorizace jsou mnohem bližší americkému systému. U Švédů je běžné pětileté studium a magisterský titul. Studenti ve Švédsku mají mnohem vyšší úroveň, ale je jich tam méně. V USA jde na univerzity více než třetina absolventů high schools a v době krize počet studentů narůstá asi o deset procent ročně.

Jiným způsobem než u nás funguje také odchod studentů. Spousta lidí nastoupí do oborů náročných na matematiku, ale když jim nejde, mohou přejít třeba ze strojařiny na umění. Americký způsob studia dává velkou volnost zapsat si jakýkoli předmět a zvolit si hlavní zaměření. Studenti také mají profesora, který jim radí, co by měli studovat.

U nás je studium vyprofilované mnohem dříve. Např. v mém oboru – jaderné chemii – to je tak, že než se člověk dostane k volitelným předmětům, je ve čtvrtém ročníku a píše diplomovou práci a do té doby postupuje podle povinného studijního plánu. To je rozdíl oproti bakalářům v USA, kde většina studentů nedělá ani písemnou práci, ani státní zkoušku a titul získají na základě odchozených předmětů, což určitým způsobem připomíná naše střední školy (i když my máme maturitu). Existuje ovšem high school graduation, jehož skóre ovlivňuje přijetí na ty nejlepší univerzity.

Po příjezdu do USA mezi graduované studenty jsem si říkal, že jsou docela chytří a nevidím přílišný rozdíl mezi tím, co znám z domova. Jakmile jsem začal učit ty negraduované, zřetelně vyskočil propastný rozdíl.

Ačkoli mnozí čeští badatelé utíkají do světa za lepšími podmínkami, vy naopak hledáte cestu, jak se vrátit domů…

V Americe jsem čtvrtý rok a cítím, že ztrácím své prostředí. Jako bych přestával vědět, kde jsem doma. Mnozí jiní Češi to tak necítí, ale já se potýkám s tím, že v USA není možné vytvářet trvalé vztahy s lidmi. Jsou tam úžasní lidé, vznikají skvělá přátelství, ale v univerzitním městečku se vše měří na dobu, než jeho obyvatelé dostudují a zmizí. Pociťuji to ještě víc, protože jsem hodně začleněný do komunity mezinárodních studentů, s nimiž si navzájem lépe rozumíme – americká mentalita se přeci jen dost liší. To bylo velké téma – co je zde jiné, co je stejné… Domů se chci vrátit hlavně proto, že potřebuji evropské rozměry, blízkost lidí. V Americe bych se mohl zajímat o pozici např. v národní laboratoři, což jsou výzkumná centra s chytrými pracovníky, kde se dělá špičkový výzkum a jsou na něj peníze. Jenže tato centra bývají v pustých oblastech – a nemusí to být jen opravdová poušť, kde sídlí třeba Idaho National Laboratory. Zažil jsem stáž v jiném druhu pustiny, v Argonne National Laboratory, která leží na předměstí Chicaga – urbanisticky se mi doslova protivila ohromná vilová oblast, z níž se člověk dostává do centra Chicaga hodinu a půl.

Na rozdíl od amerických studentů tam chcete dokončit doktorandské studium o rok dříve. Čím se v disertaci zabýváte?

Moje školitelka respektuje, že mám magisterský titul z Prahy. V Americe není obvyklé takto pokračovat v doktorském studiu. Protože se mi podařilo přesunout některé předměty z původní výuky, mohl jsem se celé tři roky zabývat výzkumem. Vyšly mi proto už tři publikace v periodikách a byl jsem na několika konferencích, což z formálního hlediska na obhájení disertační práce stačí. Práce má název Kontrola redoxních stavů plutonia a neptunia při přepracování použitého jaderného paliva v procesu UREX. Můj výzkum byl financován z projektu ministerstva energetiky USA a v zásadě se jedná o studii, která se snažila najít podmínky v systému procesu UREX, což jsou roztoky kyseliny dusičné, v nichž by se plutonium i neptunium nacházelo ve stejných oxidačních stavech. Plutonium bývá v roztocích většinou čtyřmocné a neptunium pětimocné, což je z hlediska procesu UREX špatně. Američané se snaží vyvinout proces, ve kterém by se neptunium extrahovalo společně s plutoniem. To je však možné jen tehdy, bude‑li neptunium ve stejném oxidačním stavu nebo v oxidačním stavu s podobnou extrakční schopností. Ačkoli není možné mít jednoduše plutonium i neptunium simultánně ve čtyřmocném stavu, zjistil jsem, že lze docílit plutonia ve čtyřmocném a neptunia v šestimocném stavu. Studoval jsem chemická činidla schopná docílit toho, že se neptunium naoxiduje z pětimocného na šestimocný stav, ale plutonium zůstane čtyřmocné. To byla moje první práce. V zásadě neobjevuji nic nového, jen zkoumám kinetiku reakcí a v posledních studiích jsem se zabýval vlivem kyseliny dusité, což je minoritní komponenta, která vzniká v kyselině dusičné působením tepla a radiolýzy. Studoval jsem vliv radiolýzy na oxidační stav neptunia, zejména se zabývám neptuniem, protože plutonium je docela dobře prozkoumáno.

Jakým směrem chtějí Američané vést energetickou politiku? Změnil se nějak jejich postoj v souvislosti s katastrofou v Japonsku?

To je velmi zajímavé téma, ale poněkud rozsáhlé. Zatím jsem ve Státech žádný posun v energetických strategiích od havárie ve Fukušimě nezaznamenal, i když v jaderném sektoru ke změnám v postoji dochází většinou pomalu, a tudíž je příliš brzo hodnotit.

Co se týče politiky v oblasti přepracování jaderného paliva, byl jsem loni v listopadu na konferenci v San Francisku, kde se sešla celá komunita vědců, kteří zkoumají, jak použité palivo rozpustit a rozdělit na chemické složky, a ty, každou zvlášť, podrobit nejpříhodnějšímu postupu. Uran se oddělí a dá znovu použít, je možné oddělit plutonium a neptunium, vrátit je do jaderného reaktoru a spálit. Protože tyto prvky představují dlouhodobou radiotoxicitu, snížili bychom tím nároky na úložiště vyhořelého paliva.

Je reálná šance dovést všechny tyto procesy až k bezodpadovému provozu?

Takový byl původní plán. Ačkoli je to principiálně možné, bylo by to nesmírně náročné a drahé, pokud bychom měli vše separovat. Zvlášť je problém s transmutací; na tu jsou buď reaktory, v nichž se dá použít speciální typ paliva s minoritními aktinoidy, nebo tzv. dedikované systémy. Původně se uvažovalo o urychlovačem řízených systémech. Od toho se sice neupustilo, ale spíš jsme si ujasnili, že technologie zatím není proveditelná, i když už se k ní postupně blížíme. V Evropském referenčním centru v Belgii se chystá víceúčelové zařízení s názvem MYRRHA, které bude určeno pro výzkum klasické štěpné energetiky. Mnoho témat bude společných i pro budoucí fúzní energetiku, zvlášť co se týče materiálů vakuové techniky. Měl by tam být urychlovačem řízený systém, kde by se vytvářely nepřímo neutrony pro reaktor. Reaktor se udržuje při chodu, ale je přitom v podkritickém stavu, takže když se vypne urychlovač, okamžitě ustane jaderná reakce.

Údajně se začíná uvažovat o použitém palivu jako o potenciálním zdroji surovin pro další použití…

Na použité palivo jsou dva názory. V Americe měla od druhé poloviny minulého století silný vliv velká státní komise pro jadernou energetiku, United State Atomic Energy Commision. Ta byla zrušena, část začleněna pod ministerstvo energetiky a z regulační části, která má na starosti všechny jaderné provozy včetně jaderných elektráren, se stal dozorčí úřad United States Nuclear Regulatory Commision. Od té doby USA o přepracování jaderného paliva neuvažují, protože se tím nemusejí centrálně na státní úrovni zabývat. Argumentují také tím, že pokud se jaderné palivo nepřepracovává, neodděluje se od uranu plutonium, které je štěpným materiálem použitelným pro výrobu jaderné zbraně. Bohužel se však neříká, že reaktorové plutonium z běžného provozu je pro výrobu jaderné zbraně prakticky nepoužitelné z jaderně fyzikálních důvodů: plutonium reaktorového stupně je příliš teplé, má příliš mnoho různých izotopů, produkuje příliš mnoho neutronů, špatně se s ním zachází. Žádná jaderná puma, která na světě existuje, nebyla vyrobena z plutonia z civilních reaktorů, vyráběly se ve speciálních vojenských reaktorech a separovaly se měsíc poté, co se palivo vložilo do reaktoru – plutonium nebylo tedy staré a obsahovalo jen jeden izotop 239. Tento významný rozdíl nebýval v americké rétorice slyšet. Od doby prezidenta Cartera, který vyhlásil moratorium na přepracování, prošel americký jaderný sektor významnou komercionalizací. Provozovatelé elektráren neuvažovali o odpadu jako o záležitosti, s níž se musí dále nakládat – předali ho státu, který byl povinen vytvořit úložiště a tam jaderný odpad skladovat. V roce 2009 prohlásil prezident Obama, že se projekt úložiště jaderného paliva Yucca Mountain ukončí, přestože mělo být otevřeno v roce 2010. Jenže stále existuje zákon o úložišti schválený kongresem. Provozovatelé jaderných elektráren počítali s tím, že od nich vláda převezme vyhořelé palivové články, jež skladují ve speciálních bazénech vedle reaktorů, čímž se jich zbaví.

Co se stane, když elektrárny vyčerpají skladovací kapacitu?

Některé elektrárny začaly přesunovat vyhořelé palivo z bazénů do skladovacích kontejnerů – velkých železobetonových válců, dostatečně chráněných proti povětrnostním podmínkám, teroristickým útokům i pádu letadla. Na betonové ploše vedle elektrárny kontejnery prostě stojí. Jiné elektrárny do kontejnerů nechtěly investovat. V USA se během posledních patnácti let nepostavila žádná nová jaderná elektrárna, ale díky snaze ušetřit co nejvíc nákladů se podařilo dobrým způsobem zkracovat dobu odstávek, takže každým rokem narůstala produkce elektřiny. Některé reaktory mohou pracovat v 18měsíční kampani s jedním měsícem odstávky, takže dosahují 95% způsobilosti bloku. Při 100 reaktorech přidalo zvýšení z úrovně 75–80 % na 95 % asi dvacet reaktorových bloků. Tyto rezervy už jsou ale využité a je třeba začít stavět nové. Amerika pravděpodobně půjde cestou meziskladování vyhořelého paliva do doby, než přijde nějaké řešení nebo nová vláda. Stavba přepracovacích závodů se v nejbližších třech nebo čtyřech dekádách neplánuje.

To je velmi dlouhá doba – neustrnou Spojené státy touto politikou?

Ustrnou a už ustrnuly. Už jsou pozadu. Sice pořád něco zkoumají, a z tohoto hlediska udávají tempo, ale zkoumají „pro nic“. Jestliže se nepočítá se stavbou přepracovacích závodů, proč by se zkoumalo…

Téma je zatím čerstvé, takže si netroufám vynášet kategorické soudy. Mám ale dojem, že jsou pozadu např. za Francií, která má fungující průmysl na přepracování použitého paliva. Do budoucna plánuje zavést modernější technologie na separování složek, plánuje provoz rychlých reaktorů, v nichž by se některé složky vyhořelého paliva spalovaly.

Zní to, jako když se Evropa chová hospodárněji. A co bezpečnost?

Řekl bych, že se chováme strategičtěji. Ve Státech nelze jaderný sektor centrálně řídit, protože patří mnoha společnostem, jsou tam velké ekonomické zájmy a federální vláda postupně upustila od větší kontroly toho, co se děje v průmyslu, alespoň v rámci vývoje. V posledních dvaceti letech se však zpřísnila regulace provozu; režim je tvrdý, i když se snaží operátorům vycházet vstříc např. tím, že se povoluje prodloužení provozu až třeba do 60 let věku elektrárny. Bohužel takto nastavená pravidla příliš budoucímu vývoji nepomáhají. Pro lidi, kteří pracují v konzervativním uzavřeném systému, kde se nebuduje, nepřepracovává, neukládá, je jakákoli změna něčím nepředstavitelným.

Vůči životnímu prostředí a obyvatelstvu se však jaderná energetika posuzuje velmi zodpovědně. Řekl bych, že si Američané kupují dobrou bezpečnost nejlacinějším způsobem. Jaderné palivo samo o sobě je kontejnerem, který má velmi dobrou ochrannou obálku proti úniku radionuklidů do životního prostředí, ale jen, pokud je chlazené. Kdyby se čerstvě použité palivo nechladilo, přehřálo by se, roztavilo a obálka by praskla, jak se pravděpodobně stalo nedávno v Japonsku. Snahou je minimalizovat počet kroků, aby se vše dobře hlídalo a vědělo, kde co je. V systému, do něhož je zapojeno mnoho různých hráčů, je skutečně jednodušší palivo nepřepracovávat. Ve Francii patří všechny jaderné elektrárny jedné společnosti, majoritně vlastněné státem. Přepracování provádí společnost, jež sice není státní, ale má velmi silnou vazbu na vládu. Francie si průmysl kontroluje a firma Areva, jež palivo přepracovává, je jediná na světě, která dělá v jaderném sektoru všechno. Těží uran, zpracovává ho, připravuje palivo, staví reaktory, jež palivo spalují, bere ho zpět, skladuje, přepracovává a vrací do klientských zemí produkt přepracování ve formě skleněného špalku.

Skleněné špalky – skoro už se dostáváme do pohádky. Ale stále se jedná o odpad. Kam s ním?

Nakládání s jaderným odpadem bude vždy problematické. Skleněnému špalku už je možné říkat jaderný odpad, je to dedikovaná odpadová forma, zatímco použité palivo je ještě recyklovatelné. Nakládání s jaderným odpadem má vždy nějakou strategii a ta se v různých státech liší. V případě USA se mělo vyhořelé palivo skladovat způsobem tzv. suchého úložiště v hoře uprostřed pouště, kde nikdo nežije. Do šachet by se ukládalo palivo ve speciálních kontejnerech. V tomto úložišti není voda, tudíž neprobíhají korozní chemické procesy a obálka kontejnerů by měla oddělovat radionuklidy od životního prostředí tak dlouho, až by radioaktivita klesla pod úroveň původní uranové rudy. Úplně na nulu neklesne nikdy, to charakter poločasu rozpadu u kilogramů odpadu nedovoluje. Ale klesne pod úroveň, která je veřejností akceptovatelná. Tento systém je ojedinělý, ačkoli nevíme, zda se vůbec uskuteční.

V Evropě se spíše zaměřujeme na systémy mokrého úložiště. To je také důlním dílem pod zemí, ovšem je tam přítomna voda a hledají se takové podmínky, v nichž by výrazně neprobíhala koroze. Během pobytu ve Švédsku jsem se jako jednu z nejdůležitějších věcí dozvěděl, jak tam funguje systém uložení, který se pravděpodobně stane i modelem pro Česko. V asi půlkilometrové hloubce se v žule (Švédsko je celé žulové) vyhloubí tunely, do nichž se v měděných kontejnerech uloží jaderný odpad, v případě Švédska i použité jaderné palivo, které Švédové nechtějí přepracovávat. Měděné kontejnery by měly mít velmi výtečné antikorozní vlastnosti.

Poslední otázku věnuji měděnce – jakou v tomto procesu hraje roli?

Ta právě měď chrání, protože ji pokryje vrstvou, jíž koroze neprojde. Železo tuto schopnost nemá, pokrývá se vrstvou rzi a ta je porézní, a tak mohou voda a elektrochemické procesy pokračovat až do hloubi kovu. Měď je sice drahá, ale Švédové mají prokázáno, že v jejich prostředí nekoroduje. Před časem např. vyzvedli ze dna Baltského moře dřevěnou válečnou loď Kronan, která byla opatřena bronzovými kanony z více než 90% mědi. Jeden z kanonů ležel na dně zálivu zpola zapíchnutý v jílu, druhá polovina trčela do oceánu – byl tedy přes 300 let vystaven dvěma odlišným chemickým podmínkám, za přítomnosti kyslíku i bez ní. Koroze v kyslíkatém prostředí probíhala asi čtyřikrát rychleji, nicméně během těch 300 let to nebyla ani desetina milimetru. V případě redukujících podmínek šlo o méně než setinu milimetru. Stěny kontejnerů pro vyhořelé palivo by měly být tlusté asi pět centimetrů a předpokládá se, že by měly vydržet minimálně deset tisíc let, což je doba nezbytná pro rozpad. Navíc v Evropě skoro všude platí, že se úložiště musí nacházet v redukujících podmínkách pod zemí, kde se dále kontejnery obloží jílovým materiálem – bentonitem, který nasákne vodou, vytvoří jílovitý gel a ten žádnou vodu nepropustí. Poté se celé důlní dílo utěsní, aby případně udrželo jakýkoli další únik radionuklidů.

Martine, přeji vám zdárné dokončení studia a úspěšný návrat domů.