Aktuální projekty

• Identifikační číslo: TQ16000084.
• Podpora: Projekt je spolufinancován se státní podporou Technologické agentury ČR (TA ČR) v rámci programu SIGMA.
• Hlavní účastníci: ÚJV Řež, a. s. (hlavní řešitel) a České vysoké učení technické v Praze (Fakulta stavební).
• Mezinárodní spolupráce: Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) a HBC Inc. (Jižní Korea).

Cíle a náplň projektu 

Hlavním cílem projektu MATEO je rozvoj bilaterální spolupráce mezi českými a korejskými institucemi a sdílení zkušeností v oblasti konečného ukládání vyhořelého jaderného paliva a vysokoaktivních odpadů. Projekt se specificky zaměřuje na aplikaci granulovaného (peletizovaného) bentonitu jako alternativního materiálu pro inženýrské bariéry – tzv. buffer (výplň ukládacího vrtu) a backfill (výplň chodeb) v hlubinném úložišti.

Tento přístup má potenciál přinést významné organizační zjednodušení výstavby, zkrácení času a finanční úspory díky využití společné technologie a dodávek materiálu. Zároveň se očekává snížení nejistot při stanovování parametrů bariér díky vyšší počáteční homogenitě materiálu. Výzkum zahrnuje laboratorní testování transportních a migračních procesů, numerické modelování (THM – termo-hydro-mechanické modely) a využití informačního modelování staveb (BIM).

Práce realizované v prvním roce řešení (2025)

V průběhu roku 2025 probíhaly práce v souladu se schváleným harmonogramem ve všech klíčových pracovních balíčcích (WP).

Management a mezinárodní spolupráce (WP 0)

• Byl vypracován Plán správy dat (DMP) podle požadavků TA ČR.
• Proběhla řada koordinačních schůzek a mezinárodních workshopů, včetně expertních návštěv v jihokorejském Busanu a Daejeonu a následně v Řeži a Praze.
• Projekt byl prezentován na odborných akcích (např. Robotics in the Underground 2025 nebo IGD-TP Exchange Forum) a na sociálních sítích.

Optimalizace materiálů (WP 1)

• Byly specifikovány požadavky na materiály v souladu s bezpečnostními indikátory SÚJB.
• Ve spolupráci se společností Keramost, a.s. byla připravena pilotní šarže peletizovaného bentonitu (PM-03_2025), u které byla zahájena detailní mineralogická, geochemická a geotechnická charakterizace (např. CEC, zrnitost, objemová hmotnost agregátů).
• Proběhly úvodní testy hutnění v poloprovozním měřítku pro ověření dosažitelných hustot materiálu.

Transportní a migrační testy (WP 2)

• Byla navržena a vyrobena laboratorní aparatura pro měření transportních parametrů (hydraulická vodivost, bobtnací tlak, plynopropustnost) ve 1D měřítku odpovídajícím reálné tloušťce bufferu.
• Byl stanoven metodický postup pro testování plynopropustnosti a průrazného tlaku plynu v nasyceném bentonitu.

In-situ experiment v Podzemní laboratoři Josef (WP 3)

• Byl dokončen koncepční návrh in-situ experimentu ve vertikálním uspořádání v reálném měřítku (tloušťka bufferu 36 cm).
• V podzemí byla vybudována betonová platforma ze speciální malty s nízkým pH (LPM) sloužící jako stabilní základna pro vrtné práce.
• Byla realizována síť 11 vertikálních monitorovacích vrtů, proběhlo geologické mapování vrtných jader a jejich laboratorní mechanické testování.
• Byla zahájena instalace monitorovacího systému (senzory teploty a vlhkosti) a zprovozněn přenos dat do serverové databáze.
• Byl vytvořen základní digitální model (BIM) experimentu a proběhly úvodní numerické simulace tepelného a mechanického chování hostitelské horniny a bentonitu.

DOPAS byl rozsáhlý evropský projekt, na kterém se z ČR podílely Fakulta stavební ČVUT, ÚJV Řež, a.s. a Správa úložišť radioaktivních odpadů (SÚRAO). Cílem české účasti v projektu byla výstavba experimentální tlakové a těsnící zátky (EPSP – Experimental Pressure and Sealing Plug) v žulovém masivu ve štole Josef. Těsnící zátky budou v HÚ oddělovat již zaplněné prostory od prostor nezaplněných. Experiment EPSP byl úspěšně postaven v polovině roku 2015. Vybudováním zátky se potvrdilo, že navržené technologie a použité materiály jsou vhodné k aplikaci v budoucím HÚ. Souběžně se stavbou zátky byl kompletně dokončen i monitorovací systém – v experimentu a okolní hornině bylo instalováno cca 250 čidel.

Pro ověření správné funkce zátky je nezbytné provozovat experiment v delším časovém horizontu, proto se po skončení projektu DOPAS pokračovalo v testování EPSP. Experimentální činnosti se týkaly tlakování zátky vodou (konstantním tlakem cca 1,25 MPa), probíhal monitoring, probíhalo sledování a analýza výtoků. V rámci monitoringu byly každých 10 minut zaznamenávány parametry monitorující konstrukci zátky i horninový masiv. Elektronicky a manuálně byla měřena vydatnost výtoku z filtrů. Z výtoku byly odebírány vzorky, u kterých byla prováděna základní chemická analýza.

Výsledy monitoringu ukazují na postupný vývoj saturace těsnící části experimentu se současným pozvolným nárůstem bobtnacího tlaku, výtoky experimentu se snižovaly až do ustálení. Z dosavadního průběhu lze říci, že zátka jako celek plní svou funkci. Betonová část zpomaluje proudění a zamezuje erozi bentonitu. S postupem saturace bentonitu přebírá hlavní těsnicí funkci bentonitové jádro. Tento proces je dlouhodobý.

Projekt navazuje na předchozí projekt realizovaný v letech 2016 až 2020 pod názvem „Výzkumná podpora pro řešení hlubinného úložiště“. Je realizován za účelem snížení nejistot a upřesnění požadavků při řešení další etapy výběru lokality pro HÚ a pro bezpečnostní hodnocení ukládacích konceptů.

Předmětem plnění je:

zajištění podpory související se strategicko-plánovacími projektovými pracemi při vývoji HÚ

zajištění projektové podpory při přípravě technického řešení povrchového areálu, napojení na širší okolí na konkrétních lokalitách a přípravy hodnocení vlivu na životní prostředí

podpora při plánování provozu jaderného zařízení, manipulaci a technických řešeních ukládání, při zpřesnění nejistot z předchozích projektů a syntéze výsledků pro hodnocení ukládacího konceptu vývoj matematických modelů pro podporu dimenzování HÚ a jeho částí – tepelné a geotechnické

Mock-Up Josef byl v České republice první in situ provozovaný fyzikální model simulující vertikální uložení kontejneru s vyhořelým jaderným palivem (VJP). V roce 2011 byl instalován ve štole Josef. Cílem projektu bylo popsat chování a změny vlastností bentonitové bariéry dlouhodobě zatěžované působením tepla a podzemní vody. V říjnu 2022 byl tento původně pětiletý projekt ukončen a navázal na něj projekt rozebírání (dismantlingu) experimentu.

Projekt dismantlingu je dvouletý a je rozdělen do pěti etap. V roce 2022 proběhly první dvě etapy: byl připraven realizační projekt dismantlingu experimentu a ve druhé etapě byl podle něho experiment úspěšně rozebrán.

V roce 2023 byly ve třetí etapě provedeny analýzy odebraných vzorků. Ve čtvrté etapě bude v roce 2024 následovat příprava matematických modelů- Projekt končí vypracováním závěrečné zprávy v srpnu 2024, ke zhodnocení stability bentonitu s ohledem na podmínky v experimentu za více jak 10 let jeho provozování.Objemová hmotnost sušiny

Projekt je zaměřen na prohloubení znalostí nezbytných pro hodnocení dlouhodobé bezpečnosti hlubinného úložiště (HÚ). Tyto znalosti budou využity při přípravě podkladů pro hodnocení bezpečnosti možných technických řešení HÚ a při výběru lokalit pro umístění HÚ.

K řešení projektu jsou využity tuzemské i zahraniční zdroje pro identifi kaci a analýzu možných FEPs (Features, Events, Processes – Vlastnosti, události, procesy). V letech 2021 -2022 probíhaly analýzy FEPs, na jejichž základě byly v roce 2023 odvozeny možné scénáře vývoje té části hlubinného úložiště, kde je plánováno uložení ukládacích obalových souborů s vyhořelým jaderným palivem.

CEG se podílí na řešení zadání týkající se bentonitových bariér, konstrukčních částí HÚ a jejich rozhraní s horninovým masivem nebo ukládacím obalovým souborem.

Projekt se zabývá problematikou komponent inženýrských bariér v hlubinném úložišti (HÚ), tj. výplněmi ukládacích vrtů/komor a chodeb. Dalšími komponentami sloužícími pro uzavírání úložiště jsou např. výplně zátek a ostatních prostor úložiště. Projekt je rozdělen do 15 dílčích úkolů.

Inženýrské bariéry jsou uměle přidanými materiály do HÚ a jejich účelem je zajistit dlouhodobou bezpečnost úložiště. Patří mezi ně ukládací obalový soubor (UOS) a výplně ukládacích vrtů (v případě ukládání vyhořelého jaderného paliva), výplně komor (v případě ukládání ostatních radioaktivních odpadů RAO) a výplně chodeb.

Výplně ukládacích vrtů (tzv. buffer) zabraňují přítoku vody k obalovým souborům, zaručují odvod tepla, zpomalují případnou migraci radionuklidů a tlumí vliv mikrobiální aktivity. Výplně ukládacích chodeb (tzv. backfill) brání zejména vzniku preferenčních cest pro radionuklidy.

Projekt se zaměřuje na analýzu klíčových procesů ovlivňujících chování výplňových materiálů, na charakterizaci vlastností inženýrských bariér na bázi jílů a na posouzení míry jejich transformace. Výstupem projektu bude “Návrh českého koncepčního řešení bufferu, backfillu, zátek, výplní komor ostatních RAO, ostatních výplní a konstrukčních prvků (materiál + technické řešení)“.

Schéma výplní ukládacího místa pro konvenční ražbu

Zátěž suspenze materiálu v peci

V červnu 2019 byla zahájena spolupráce 51 institucí z 21 zemí Evropy v rámci platformy EURAD – European Joint Programme on Radiactive Waste Management. Hlavními cíli projektu EURAD je podporovat v zúčastněných státech výzkum a vývoj pro bezpečné nakládání s různými druhy radioaktivního odpadu, rozvíjet znalosti pro bezpečnou konstrukci hlubinných úložišť a posílit správu znalostí a jejich přenos mezi organizacemi a státy.

Výzkumné aktivity pokrývají řadu tematických okruhů. Ve čtyřech z nich se CEG účastní jako „třetí strana“ pro SÚRAO (Waste Management Organisati- on), a to v pracovních skupinách CORI (Cement-Organics Radionuclide Interactions), GAS (Mechanics Understanding of Gas Transport in Clay Materials), HITEC (Influence of Temperature on Clay-based Material Behaviour) a MAGIC (Chemo-Mechanical AGIng of Cementitious materials). CEG zastává funkci koordinátora i dalších pracovišť ČVUT pro EURAD a podílí se na koordinaci HITEC.

V rámci CORI se CEG podílelo na přípravě vzorků betonu odebraných v ÚRAO Richard a jejich následné analýze. Věnuje se také vlivu vnějších podmínek (teplota, radiace) na chování cementových past obsahujících organické plastifikátory.

Výzkum proudění plynu v bentonitové bariéře, který je simulován dlouho­dobými a cyklickými testy na vzorcích Ca-Mg bentonitů, je prováděn v rámci pracovní skupiny GAS.

V rámci HITEC CEG zkoumá vliv dlouhodobého tepelného zatížení na geo­technické parametry bentonitu. CEG tyto parametry měří v průběhu tepel­ného zatěžování (130 °C) a provozuje termo-hydraulický experiment malého měřítka (komora průměr 30 cm, výšky 30 cm) vedoucí k získání dat pro ma­tematické modelování.

MAGIC se zaměřuje na vývoj mechanických vlastností cementových mate­riálů vystavených chemickým vlivům z prostředí hlubinných úložišť. V mik­ro i makro měřítku se zkoumá mechanické chování cementového materiálu s nízkým pH. Testovací program zahrnuje umělé stárnutí s přihlédnutím k chemickým a mikrobiálním účinkům a skutečným podzemním podmín­kám. CEG se zaměřuje na mechanické chování v makro měřítku. CEG se také účastní jednoho ze tří pracovních balíčků zaměřených na zna­lostní management (Knowledge Management) se specializací na „Tréninka mobility“.

Projekt TK01030031/Inženýrská bariéra 200C je spolufinancován se státní podporou Technologické agentury ČR v rámci Programu THÉTA 1.

Hlubinné úložiště (HÚ) je v současnosti jedinou bezpečnou cestou pro uklá­dání vyhořelého jaderného paliva. Bezpečnost HÚ je založena na multibarié­rovém systému, který brání šíření kontaminantů do životního prostředí.

Projekt je zaměřen na výzkum chování inženýrské bariéry za vysoké teploty 150 °C – 200 °C. Provozováním fyzikálního modelu budou získány kvalitnější vstupy pro bezpečnostní analýzu.

Po úspěšném dokončení výstavby „Modelu úložného místa za vysoké teplo­ty“ v říjnu 2019 začalo plnění dalších výstupů. Probíhá „Provozování pokro­čilé bariéry za vysoké teploty“ a průběžně jsou zaznamenávána, ukládán a zpracovávána data z čidel umístěných v modelu.

V roce 2022 pokračovalo provozování fyzikálního modelu bariéry a práce na ostatních výstupech projektu. Počtvrté se odebíraly vzorky materiálu z ex­perimentu a byly zahájeny práce na jejich charakterizaci. Na konci roku 2023 začaly přípravné práce na rozebírání projektu.

Výsledky projektu byly prezentovány na konferenci Podzemní stavby Praha 2023.

Pohled na vzorkovnici se vzorkem po vytažení z in-situ experimentu

Zaplňování místa v in-situ experimentu po odběru

Cílem projektu je – na základě provozování interakčních experimentů (IE) v reálném horninovém prostředí – porovnat několik druhů materiálů a jejich reakce v přirozeném prostředí hlubinného úložiště (HÚ). Následné vyhodnocení doporučí nebo vyloučí použití konkrétních materiálů a jejich kombinací v budoucím HÚ.

10 fyzikálních modelů (FM) je provozováno od března 2019. Všechny jsou uměle saturovány vodou a teplota topidel u pěti FM nastavena na 100 °C, resp. 200 °C. Sledované veličiny (teplota, pórový tlak, totální napětí, relativní vlhkost) jsou přenášeny datovou sítí na webové rozhraní.

Jsou odebírány vzorky podzemních vod pro chemickou a mikrobiologickou analýzu. Vzorky nevykazují u sledovaných parametrů výrazné změny. Z rozboru mikrobiálního osídlení ve vzorcích podzemní vody a bentonitu, který je založen na extrakci a analýze DNA, vyplývá, že převažují organismy aerobní.

Vyjmutí topidla pro servisRelé řídícího systému (po servisu)