Jadrová energia – Nezaslúžene často prehliadaná Kanada
Keby mal viac času, viac pomoci, viac finančných prostriedkov a čistejšie materiály tak mohla byť uskutočnená prvá jadrová reťazová reakcia vytvorená človekom v Kanade a nie v USA. George C. Laurence urobil prvý experiment v Kanade už v rokoch 1940-42.
Kanada, ktorá bola a aj dnes je často prehliadaná, zohrala v jadrovom projekte zostrojenia atómových bômb Manhattan veľmi dôležitú úlohu, a to práve najmä v počiatočných fázach výskumu a vývoja. Kanada bola taktiež kľúčová aj z iného dôvodu: jej severozápadné územia poskytovali bohatý zdroj prírodného uránu tak prepotrebného na výrobu kritického množstva pre A-bomby.
Dnes je Kanada dlhoročným lídrom vo výskume a vývoji jadrovej energie (18 výskumných jadrových reaktorov), vyrába asi 15% elektrickej energie z jadrovej energie. Kanada prevádzkuje a vyváža svoje kanadské reaktorové systémy (CANDU), a zabezpečuje vysoký podiel svetových dodávok rádioizotopov používaných pri lekárskej diagnostike a pri liečbe rakoviny.
Baňa Eldorado
Kanadský geológ-prospektor Gilbert LaBine objavil na kanadských severozápadných teritóriách v máji 1930 ložiská Rádia a Uránu (v neskór pomenovanom Port Radium) a taktiež skúmal blízky ostrov na Veľkom medveďom jazere. Labine okamžite uplatnil svoje prospektorské právo a založil banskú spoločnosť „Eldorado“ na ťažbu a zušľachťovanie bohatých rádiových ložísk, ktoré sa dobre obchodovali pretože mali mimoriadne vysokú koncentráciu kvôli ich využitiu pri liečbe rakoviny. Počas tridsiatych rokov bol však Urán ťažobnú spoločnosť Eldorado jednoducho iba vedľajším produktom procesu rafinácie so zanedbateľným významom. A keď ceny rádia v dôsledku zahraničnej konkurencie klesli, prestali baňu prevádzkovať, a v roku 1940 ju zavreli, aby ju mohli zaplaviť. Objav jadrového štiepenia z decembra 1938 však viedol k celosvetovému záujmu o Uránu a už v roku 1942 bola baňa Eldorado sprevádzkovaná, hlavne aby zásobovala vládu USA uránom potrebným pre atómové bomby. V priebehu rokov 1942-1945 jej pracovníci vyťažili stovky ton rudy a dodávali ju na spracovanie a neskôr dodanie do Los Alamos na použitie v prvej atómovej bombe na svete.
Kanadský jadrový fyzik George C. Laurence
Laurence sa narodil v roku 1905 v Charlottetowne. Študoval na univerzitách v Dalhousie a Cambridge. V roku 1930 sa pripojil k zamestnancom Kanadskej národnej výskumnej rady (NRCC) a aktívne sa podieľal na skúmaní merania dávky žiarenia pri liečbe rakoviny a zvyšovaní bezpečnosti pri ožarovaní. Od samučičkého začiatku sa podieľal na výskumoch a vývoji jadrovej energie v Kanade, pracoval v laboratóriu jadrovej energie v Montreale a v jadrových laboratóriách Chalk River. Riadil pracovníkov, ktorí vykonávali prípravný výskum a vývoj a koncepčný návrh reaktora NRU. Neskôr v rokoch 1946-47 pôsobil ako vedecký poradca pri Komisii OSN pre atómovú energiu v New Yorku. V roku 1956 bol vymenovaný za predsedu Poradného kanadského výboru pre bezpečnosť reaktorov zriadeného Radou pre kontrolu atómovej energie (AECB), ktorý mal radiť v otázkach zdravia a bezpečnosti jadrových reaktorov a elektrární. V roku 1961 opustil AECL, aby sa stal prezidentom AECB až do roku 1970.
Výskum v laboratóriách Kanadskej Národnej rady pre výskum (NRCC) bol vtedy hlavne prevažne „zameraný na (potrebné, zadané) úlohy“ a pomáhal hlavne priemyselným odvetviam a iným požiadavkám vlády. Práca s okamžitou a zrejmou aplikáciou žiaľ nechávala na základný výskum „inšpirovaný výlučne zvedavosťou“ málo času. A okolo roku 1940 sa pozornosť laboratórií takmer úplne presunula na vojnové problémy. Táto izolácia od základného výskumu sťažila kanadským vedcom udržiavať kontakt s pokrokom, ktorý bol pre ich prácu dôležitý, keď svetové vedecké časopisy „už hovorili“ o objavení jadrového štiepenia... Existovali už aj dôkazy o tom, že by bolo ľahšie dosiahnuť zvýšenie rýchlosti produkcie štiepenia, keby sa neutróny pohybovali pomaly. A oni by sa pomalšie aj pohybovali, ak by narazili na veľké množstvo veľmi ľahkých atómov, ako sú napríklad atómy vodíka; preto môže byť vhodné asociovať s uránom také vhodné množstvo materiálu, ktoré obsahuje vodík, ako napríklad obyčajná voda. Jednu správu, ktorú vtedy Kanaďania zachytili hovorila o pokuse Joliota, Halbana a Kowarského v Paríži, ktorí dokázali, že pri riešení zlúčeniny uránu (ako je dusičnan uranylu) vo vode by mohlo byť možné veľké uvoľnenie energie štiepením. Ich pokus síce nakoniec zlyhal, pretože obyčajné atómy vodíka, aj keď spomaľujú neutróny, ich zachytili iba toľko, čo nebolo dostatočné množstvo a neprodukovalo viac štiepenia (teda reťazová reakcia nenastala). Preto sa rozhodli namiesto obyčajnej vody vyskúšať ťažkú vodu s uránom, pretože ťažký vodík zachytáva menej neutrónov ako obyčajný vodík.
Lenže ešte predtým, ako to dokázali, tak v Európe nemecké divízie Panzer obišli cez Belgicko okolo Maginotovej línie a postupovali už naprieč Francúzskom.
Halban a Kowarski utiekli do Anglicka, kam presunuli aj ťažkú vodu a vykonali experiment v Cambridge. Od tejto doby jadroví vedci v Anglicku a v USA úplne prestali zverejňovať výsledky svojho výskumu, a pokračovali vo svojej práci v utajení. Predpokladali, že aj nemeckí vedci tvrdo pracujú, a všetci boli presvedčení, že ak Nemecko skôr vyrobí jadrovú zbraň, jasne vyhrá vojnu!
Experimenty v Ottawe
Výroba ťažkej vody bola však nedostatočná a drahá. Tých 185 kilogramov, ktoré francúzski vedci získali z vodnej elektrárne v Nórsku a priniesli do Anglicka, bolo skoro všetko čo vtedy existovalo na svete. Hrubé výpočty s nepresnými údajmi, ktoré mali im naznačovali, že by bolo možné dosiahnuť veľké uvoľnenie energie pomocou uránu namiesto nejakej formy uhlíka použitím ťažkej vody. Uhlík by bol na tento účel síce menej vhodný, ale bol zase lacnejší a ľahšie sa dal získať. George C. Laurence sa rozhodol experimentovať s oxidom uhlíka a uránu. Experiment musel robiť väčšinou v práci nadčas, pretože jeho malá sekcia bola veľmi zaneprázdnená pomáhaním kanadskému priemyslu, aby sa tento vtedy dostal na patričnú úroveň v rádiografickej kontrole častí vojenských lietadiel a iného vybavenia. Až o niekoľko mesiacov neskôr sa Laurence dozvedel, že podobné experimenty s uhlíkom a uránom v Anglicku a Spojených štátoch boli začatépribližne v rovnakom čase.
V pokusoch v Ottawe pod Laurenceovým vedením na testovanie bolo zdrojom neutrónov Berýlium zmiešané so zlúčeninou Rádia v kovovej skúmavke dlhej asi 2,5 centimetra. Častice Alfa, emitované spontánne z Rádia, bombardovali atómy Berýlia a uvoľňovali z nich neutróny. Uhlík bol vo forme desiatich ton kalcinovaného ropného koksu, veľmi jemného čierneho prachu, ktorý sa ľahko šíril po podlahách, nábytku a plášťoch vedcov. Vśetci vyzerali ako kominári.... Uránu mali 450 kilogramov požičaných od spoločnosti Eldorado Gold Mines Limited. Bol v malých papierových vreciach distribuovaných medzi väčšie papierové vrecká ropného koksu. Vrecia z uránu a koksu držali v drevenej nádobe, takže zaberali zhruba guľový priestor s priemerom 2,7 m. Drevený kôš bol potiahnutý asi päť centimetrov hrubým parafínovým voskom, aby sa znížil únik neutrónov.
Tenká stena kovovej trubice držala zdroj neutrónov v strede nádoby a poskytovala priestor na vloženie detektora neutrónov, ktorý by mohol byť umiestnený v rôznych vzdialenostiach od zdroja. V prvých testoch bola detektorom strieborná minca, ale vo väčšine pokusov to bola vrstva oxidu dysprosia na hliníkovom disku. Experiment spočíval v tom, že umiestnili na vhodnú dobu detektor a potom ho rýchlo vytiahli zo zostavy a dali pred Geigerov počítač, aby zmerali rádioaktivitu, ktorú v ňom produkujú neutróny. Geigerove počítadlá a pridružené elektrické prístroje boli všetky vyrobené "podomácky na kolene", pretože na poriadne vybavenie nemali dostatok peňazí. Relatívne rýchlosti zachytávania neutrónov a uvoľňovania neutrónov štiepením počítali zo získaných údajov. Keby bolo uvoľňovanie väčšie ako zachytávanie, bolo by možné odhadnúť „kritické množstvo“ uránu a koksu, čo je minimálne množstvo potrebné na vyvolanie „sebestačnej“ reťazovej reakcie, ktorá by uvoľnila veľké množstvo jadrovej energie. Profesor B. Sargent z Queen's University sa taktiež počas letných prázdnin k týmto experimentom pripojil. Pokrok bol však pomalý, ich práca bola prerušovaná inými povinnosťami a chýbalo im aj lepšie vybavenie. Koncom leta v roku 1942 im už merania ukázali, že uvoľňovanie neutrónov štiepením v našej kombinácii materiálov bolo ešte stále o niekoľko percent menšie ako zachytenie. Dospeli k názoru, že v tejto kombinácii materiálov nie je možné dosiahnuť veľké uvoľnenie jadrovej energie, aj keby sa použili veľké množstvá. Došlo by totiž k príliš veľkej strate neutrónov zachytením nečistôt v kokse a oxidoch uránu a v malom množstve papiera a mosadze, ktoré boli prítomné.
Chyba vedcov, ktorí robili experiment bola, že si neuvedomili, ako môže aj troštičku nečistoty viesť k zlyhaniu.
A medzitým už v USA E. Fermi, HL Anderson, B. Field, G. Weil a W. Zinn (po prvom síce neúspešnom pokuse) dokázali, že pomocou čistého uránu a veľmi čistého uhlíku vo forme grafitu bude možné veľké uvoľnenie energie. No a potom už pomocou nevyhnutne väčších množstiev Američania postavili svoj úplne prvý jadrový reaktor, ktorý spustili 2. decembra 1942. Vtedy ho ešte nazvali ako "atómová hromada“.
Spoločné jadrové úsilie: Británia a Kanada
Ako sme spomenuli, na jar 1942 vedci v Británii urobili významný pokrok v uskutočniteľnosti atómovej bomby. V správe MAUD, (vydanej v júli 1941), bolo už odhadnuté množstvo Uránu-235 potrebné na výrobu atómovej explózie a na výrobu bomby boli poskytnuté konkrétne plány. Britskí fyzici taktiež navrhli viacero metód na separáciu U-235 a výrobu plutónia. Keď sa vedci priblížili k fáze prvotnej výroby, britskí predstavitelia navrhli, aby sa ich tajný projekt „Tube Alloys“ v Cambridge's Cavendish Laboratory premiestnil do USA. Výhody návrhu boli zrejmé: priemyselné zdroje a vedci z Británie už pracovali viac na iných vojenských smeroch, ako bol napríklad radar, a naopak práca v USA na atómovej bombe už značne pokročila. Okrem toho, čo bolo mimoriadne dôležité, nemecká Luftwaffe dokázala svoju schopnosť ničiť britské továrne a závody, čím sa rozhodnutie presunúť projekt do Spojených štátov stalo omnoho bezpečnejšou alternatívou.
Lenže Američania už Britov nechcú...
Napriek počiatočnej výbornej a efektívnej spolupráci americkí vedci v projekte a vo výbore S-1 (kódové označenie A-bomby) už cítili, že spoluprácu s Britmi už skoro vôbec nepotrebujú. Predseda výboru James B. Conant, bol dokonca presvedčený, že zdieľanie informácií o projekte by mohlo ohroziť utajenie, pretože mnohí z viacerých aj vyšších členov britského tímu boli utečenci z krajín, ktoré okupovali Nemci, a predstavitelia USA sa domnievali, že by mohli (či už z presvedčenia, alebo pod nátlakom nacistov na ich príbuzných v Európe) odhaliť a odovzdať informácie o projekte.
Ako sa ukázalo neskôr, obavy Conanta boli viac ako opodstatnené, a to dokonca aj bez nátlaku nacistov na príbuzných. (Bruno Pontecorvo, Klaus Fuchs "posunuli" informácie Sovietom)
Keďže Spojené štáty váhali s ďalšou spoluprácou, britská vláda sa obrátila na Kanadu. V júni 1942 sa britský vysoký komisár v Kanade Malcolm McDonald stretol s kanadským ministrom pre muníciu a zásobovanie Clarence Decatur „C.D.“ Howem, s návrhom zriadenia spoločného britsko-kanadského jadrového laboratória. Howe bol najprv veľmi opatrný. Stále ešte existovalo príliš veľa otázok, na ktoré nepoznali odpovede, týkajúcich sa vývoja komplexného jadrového reaktora a dokonca sa zdalo pochybné, či by mohol vôbec byť nejaký (reaktor) pred koncom vojny dokončený. Tento projekt by navyše zaviazal Kanadu k výdavkom miliónov dolárov a odklonil vedcov, vybavenie a materiál z iných životne dôležitých vojenských projektov. Napriek tomu sa Howe domnieval, že atómová energia bude mať po vojne hlboký vplyv na spoločnosť a hospodárstvo, a spoločné britsko-kanadské výskumné úsilie by kanadským vedcom poskytlo príležitosť získať doteraz neznáme vedomosti a získať aj potrebné zručnosti v tejto oblasti. A preto koncom augusta 1942 dal Howe pokyn na vybudovanie Montrealského laboratória suchým konštatovaním „Tak dobre, poďme do toho.“
Montrealské laboratórium
Montrealské laboratórium v kanadskom Quebecu bolo založené koncom roku 1942 Národnou radou pre výskum v Kanade (NRCC), aby pokračovalo v jadrovom výskume v súvislosti s prísne tajným projektom Tube Alloys, ktorý sa vykonával v Cavendish Laboratory v anglickom Cambridge. Prvá skupina vedcov prišla z Anglicka v decembri 1942. Medzi nimi boli P. Auger a B. Goldschmidt z Francúzska, G. Plaček z Československa, S.G. Bauer zo Švajčiarska, H. Paneth a H. H. Halban z Rakúska a R.E. Newell a F.R. Jackson z Veľkej Británie. Pracovníci Laboratórií spočiatku vykonávali výskum v starej rezidencii na 3470 Simpson Street patriacej k McGill University. Ale už o tri mesiace neskôr bola na univerzite v Montreale dokončená nová, väčšia budova kam bolo celé laboratórium premiestnené. Po premiestnení sa počet pracovníkov laboratória rýchlo rozrástol o viac ako tristo vedcov, technikov a inžinierov, z ktorých približne polovica boli Kanaďania. Vedci okamžite začali skúmať prienik neutrónov cez rôzne druhy materiálov, ktoré by mohli pomôcť zostrojiť reaktor, ako je ťažká voda, grafit a ich kombinácie s uránom a inými materiálmi. Vedci urobili spočiatku významný pokrok, najmä pokiaľ ide o uskutočniteľnosť reaktora, ktorý by využíval prírodný urán a ťažkú vodu, z čoho neskôr vznikne čisto kanadský typ jadrového reaktora CANDU.
Frustrácia...
Vedci a technici laboratórií v Montreale však boli nedostatkom spolupráce zo strany amerických vedcov značne frustrovaní. Navyše boli frustrovaní aj z riaditeľa laboratória Hansa Halbana, ktorý sa ukázal ako neschopný správca a nespolupracoval dobre ani s Kanadskou národnou výskumnou radou. Okrem toho považovali americkí predstavitelia Halbana za veľké bezpečnostné riziko a boli v komunikácii s ním veľmi opatrní. Hans Heinrich von Halban bol totiž po otcovi poľský žid. Rodina v 50. rokoch 20. storočia odišla z Krakova do Viedne. Jeho starý otec, Heinrich Blumenstock, bol hlavným úradníkom v habsburskej ríši a v 80. rokoch 20. storočia bol povýšený cisárom Franz Jozefom I. s menom Ritter Heinrich Blumenstock von Halban. Jeho mama bola Češka a jeho pradedko Moritz von Fialka bol plukovníkom v rakúsko-pruskej vojne v roku 1866. Po druhej svetovej vojne bolo ich priezvisko Blumenstock zrušené, rovnako ako aj použitie „von“. Dokonca ani Halbanova manželka s ním nebola spokojná, čo skončilo rozchodom, a naskôr sa vydala práve za jeho kolegu z Československa Plačeka.
Do roku 1943 sa navrhovaná výmena informácií medzi Montrealským laboratóriom a americkými vedcami výrazne obmedzila a úradníci MED prestali posielať kópie svojich vedeckých správ. 17. augusta 1943 sa britský premiér Winston Churchill stretol s americkým prezidentom Rooseveltom v Québecu, aby prediskutoval neuspokojivý stav britsko-americkej spolupráce vo výskume jadrovej energie vrátane práce Montrealského laboratória. Po určitom náznaku Roosevelt súhlasil, že by sa mali prijať opatrenia „na zabezpečenie úplnej a efektívnej spolupráce medzi oboma krajinami pri realizácii projektu“. Za účelom vypracovania základov pre vykonávanie tejto dohody bol založený „Výbor pre kombinovanú politiku“ pod vedením Henryho Stimsona. Výbor pre kombinovanú politiku sa 13. apríla 1944 rozhodol pokračovať v navrhovaní a výstavbe jadrového reaktora moderovaného ťažkou vodou v Kanade. Dohodlo sa, že dôjde k úplnej výmene informácií týkajúcich sa konštrukcie reaktora a extrakcie plutónia, ktoré vyrobilo. Generál Leslie Groves však trval na tom, aby Halban a ďalší vedci, ktorí neboli britskými občanmi (ale utečencami), opustili projekt a aby riaditeľom laboratória bol anglický fyzik John Cockcroft.
Sir John Douglas Cockcroft, bol britský fyzik, (nositeľ Nobelovej ceny v roku 1951 spolu s Ernestom Waltonom za rozdelenie atómového jadra). Cockroft bol Rutherfordov študent v Cavendish Laboratory a pod jeho dohľadom v r. 1928 Cockcroft ukončil svoj doktorát. Počas druhej svetovej vojny sa Cockcroft stal námestníkom vedúceho výskumu na ministerstve zásobovania, kde pracoval na radare. Bol tiež členom výboru vytvoreného na riešenie problémov vyplývajúcich z memoranda Frisch-Peierls, ktoré vypočítalo, že atómová bomba by mohla byť technicky uskutočniteľná, a výboru MAUD. V roku 1940 v rámci Tizardovej misie zdieľal britskú technológiu so svojimi „kolegami“ v USA. V máji 1944 sa stal riaditeľom Montrealského laboratória a dohliadal na vývoj reaktorov ZEEP a NRX a na vytváranie laboratórií Chalk River Laboratories.
MAUD Committee
Výbor MAUD bol britská vedecká pracovná skupina vytvorená počas druhej svetovej vojny. Bol zriadený na vykonávanie výskumu potrebného na zistenie, či je atómová bomba uskutočniteľná. Meno MAUD pochádza z divnej linky v telegrame od dánskeho fyzika Nielsa Bohra s odkazom na jeho domácu Maud Ray.
Výbor bol založený ako reakcia na memorandum Frischa-Peierlsa, ktorí napísali v marci 1940. Boli to fyzici, ktorí boli utečencami z nacistického Nemecka a pôsobili na univerzite v Birminghame pod vedením Marka Oliphanta. V ich Memorande tvrdili, že "malá sféra čistého uránu 235 by mohla mať výbušnú silu tisícov ton TNT". Predsedom výboru MAUD bol George Thomson. Výskum bol rozdelený medzi štyri rôzne univerzity: University of Birmingham, University of Liverpool, University of Cambridge a University of Oxford. Preskúmali rôzne spôsoby obohacovania uránu, ako napríklad návrh konštrukcie jadrového reaktora, vlastnosti uránu 235, použitie vtedy ešte iba hypotetického prvku Plutónium a teoretické aspekty navrhovania jadrových zbraní. Po pätnástich mesiacoch práce vyvrcholil výskum dvoma správami „Využitie uránu na bombu“ a „Využitie uránu ako zdroja energie“, súhrnne známe ako správa MAUD. Tieto správy diskutovali o uskutočniteľnosti a potrebe atómovej bomby pre vojnové úsilie a o jej potenciáli nahradiť uhlie alebo ropu ako zdroj energie. V reakcii na to Briti vytvorili projekt jadrových zbraní oficiálne pomenovaný "Tube Alloys". Správa MAUD sprístupnili vedcom a politikom USA, kde nakoniec pomohla aktivovať americké úsilie, ktoré sa stalo "projektom Manhattan". Správa však bola pomocou atómových špiónov odovzdaná aj Sovietskemu zväzu a pomohla začať projekt sovietskej atómovej bomby.
Prvá správa MAUD dospela k záveru, že bomba je uskutočniteľná. Bolo to podrobne opísané a poskytovala konkrétne návrhy na skonštruovanie vrátane odhadov nákladov. Odhadovali, že zariadenie na výrobu jedného kilogramu uránu-235 za deň stálo 5 miliónov GBP a vyžadovalo by si to veľké množstvo kvalifikovanej pracovnej sily, ktorá bola potrebná aj pre ďalšie časti vojnového úsilia. Odhadovalo, že by mohla byť k dispozícii už za dva roky.
Úroveň explózia a „škody“, ktorú by spôsobila, bola odhadovaná podobná ako pri výbuchu v Halifaxe v roku 1917, ktorý zničil všetko cca v polomere 0,40 km.
Výbuch v Halifaxe bola katastrofa (v Novom Škótsku v Kanade ráno 6. decembra 1917), keď sa francúzska nákladná loď SS Mont-Blanc naložená vysokými výbušninami sa zrazila s nórskym plavidlom SS Imo v Narrows, v prielive spájajúci horný prístav Halifax s povodím Bedfordu. Požiar na palube francúzskej lode zapálil jej náklad a spôsobil masívnu explóziu, ktorá zničila takmer celý okres Richmond v Halifaxe. Pri výbuchoch, troskách, požiaroch alebo zrútených budovách zahynulo približne 2 000 ľudí a ďalších 9 000 bolo zranených ďalších. Výbuch bol najväčšou explóziou spôsobenou človekom v tej dobe, a uvoľnil ekvivalentnú energiu zhruba 2,9 kiloton TNT (12 000 GJ).
Správa MAUD taktiež varovala, že Nemecko prejavilo záujem o ťažkú vodu, a stále existuje možnosť, že by Nemecko mohlo na bombe pracovať.
Druhá správa MAUD bola kratšia. Odporúčala, aby sa Halban a Kowarski boli poslaní do USA. Taktiež že Plutónium môže byť vhodnejšie ako Urán-235 a že by výskum plutónia mal v Británii pokračovať. Dospela k záveru, že kontrolované štiepenie uránu by sa mohlo použiť na výrobu tepelnej energie na použitie v strojoch ako aj na poskytnutie veľkého množstva rádioizotopov, ktoré by sa mohli použiť ako náhrada za rádioaktívne žiarenie. Ťažká voda alebo možno grafit môže slúžiť ako moderátor rýchlych neutrónov. Záverom možno povedať, že zatiaľ čo jadrový reaktor mal značný prísľub pre budúce mierové využitie, výbor sa domnieval, že to asi za súčasnej vojny nestojí za zváženie.
Nové jadrové laboratóriá
Chalk River Laboratories (po francúzsky: Laboratoires de Chalk River; alebo v skratke CRL, Chalk River Labs, či pedtým Chalk River Nuclear Laboratories) je kanadské jadrové výskumné centrum v “Deep River”, neďaleko „Chalk River“, čo je asi 180 km severo-západne od Ottawy. Kanadská národná rada pre výskum vybrala toto miesto v štáte Ontário ako miesto pre jeden z prvých jadrových reaktorov na ťažkú vodu na svete.
Reaktor ZEEP (Zero Energy Experimental Pile) bol jadrový reaktor vybudovaný v laboratóriách Chalk River Laboratory. Reaktor ZEEP bol navrhnutý tak, aby používal prírodný (neobohatený) urán, ktorý umožnil obísť zložitý a veľmi drahý proces obohacovania uránu. Reaktor ZEEP dosiahol prvý krát svoju „kritiku“ 5. septembra 1945 o 15:45 hodín. ZEEP bol prvý jadrový reaktor prevádzkovaný mimo teritória Spojených štátov. Stavba reaktora, sa začala v auguste 1944. Na základný výskum ho využívali až do roku 1970. Z prevádzky bol vyradený v roku 1973 a demontovaný v roku 1997. Konštrukcia ZEEP slúžila ako základ pre niekoľko ďalších jadrových reaktorov na rieke Chalk vrátane reaktorov NRX, NRU a CANDU. Konštruktérom reaktora ZEEP bol britský fyzik Alan Nunn May, a človekom povereným nad jeho výstavbou bol ďalší z východo-európskych emigrantov a to Lew Kowarski.
Lew Kowarski sa narodil v Petrohrade ruskému podnikateľovi Nicholasovi Kowarskému, a ukrajinskej speváčke Olhe Vlassenkovej. Po boľševickej revolúcii, keď mal Lew 12 rokov, jeho rodina za dobrodružných okolností utiekla na západ a usadila sa vo Vilniuse (vtedy v Poľsku). Počas svojej mladosti bol Lew veľmi talentovaným hudobníkom a asi by bol urobil úspešnú hudobnú kariéru; ale jeho atletická postava spôsobila, že jeho prsty boli na klávesnicu príliš široké. Na univerzite v Lyone získal titul chemického inžinierstva a titul Sc.B. a Ph.D. z Parížskej univerzity, kde uskutočnil výskum v oblasti počítania neutrónov. V roku 1934 prešiel do skupiny Frédéric Joliot-Curieho, kde v roku 1937 prišiel aj Hans von Halban. Vtedy francúzsky jadrový výskum viedol predovšetkým fyzik a chemik Frédéric Joliot-Curie, zať slávnej francúzskej vedkyne Marie Curie a manžel Irène Joliot-Curie. (Spoločne Joliot-Curies získali Nobelovu cenu za chémiu z roku 1935). V roku 1937 Frédéric Joliot-Curie prijal profesúru v Collège de France v Paríži, kde tiež založil laboratórium s prvým cyklotrónom v západnej Európe. A práve tam spolu s fyzikom Lewom Kowarským 26. januára 1939 dosiahli štiepnu reakciu. Pozorovali rádioaktívne fragmenty, a výsledkami došli k záveru že môže byť možná trvalá reťazová reakcia!
Politická a vojenská situácia ich však počas výskumu donútila, aby mnoho popredných francúzskych vedcov utieklo pred nemeckou okupáciou, Irène a Frédéric Joliot-Curie sa rozhodli zostať v laboratóriu v Paríži. Halban a Kowarski utiekli do Anglicka, kam ako sme už spomenuli, priniesli so sebou v tom čase asi celú svetovú zásobu ťažkej vody, ktorú Nórsko požičalo Francúzsku, aby sa nedostala do nemeckých rúk. Vtedy bola ťažká voda nazývaná iba kódom „Produkt Z“. Pokračovali vo výskume v Cavendish Laboratory v Cambridge a ich vedecké výsledky (ktoré napísali Halban a Kowarski) boli tak vážne a dôležité, že boli vtedy uložené v Kráľovskej spoločnosti vo Veľkej Británii, kde boli zapečatené s poznámkou od Jamesa Chadwicka z 18. decembra 1941, v ktorej sa uvádza: „Tento dokument je taký dôležitý, že by ho nebolo vhodné v súčasnosti publikovať!“ Dokumenty popisujú náčrt koncepcie jadrového štiepneho reaktora.
Kowarski potom pracoval v Montrealskom laboratóriu v Kanade, ale až potom, keď bol Halban z pozície riaditeľa odvolaný a nahradený Johnom Cockcroftom, pretože nechcel pracovať pod Halbanom. V roku 1945 dohliadal na výstavbu prvého kanadského jadrového reaktora (ZEEP) v laboratóriách Chalk River Laboratories.
Jadrový reaktor ZEEP bol navrhnutý viacerými kanadskými, britskými a francúzskymi vedcami ako súčasť úsilia o výrobu plutónia pre jadrové zbrane počas druhej svetovej vojny. ZEEP pomohol pri vývoji reaktorov NRX a NRU, čo nakoniec doviedlo k vývoju veľmi úspešného reaktora CANDU. V reaktore ZEEP testovali vplyvy reaktivity a ďalších fyzikálnych parametrov potrebných na vývoj iných reaktorov v laboratóriách Chalk River Laboratories vrátane palivových mreží pre reaktor NRU ktorý bol situovaný hneď vedľa. ZEEP bol jedným z prvých ťažko-vodných reaktorov na svete a bol navrhnutý aj na používanie prírodného (neobohateného) uránu. Pre základný výskum bol využívaný až do roku 1970. V roku 1973 bol vyradený z prevádzky a úplne demontovaný v roku 1997.
Základný fyzikálny princíp jadrového reaktora ZEEP viedol okrem reaktorov NRX a NRU aj k neskoršiemu projektu prvého francúzskeho jadrového reaktora „Zoé“, alebo nazývaný aj „EL-1“. Názov Zoé je skratka od „Zéro de puissance“, teda reaktor s nulovou energiou, teda veľmi malou kapacitou na výrobu elektriny; Oxyde d'uranium (oxid uraničitý), a Éau lourde (ťažká voda). Reaktor bol známy aj ako EL-1 (Eau Lourde); Ktorého projektovým manažérom bol práve Lew Kowarski, ktorý sa práve vrátil z Kanady. Reaktor Zoé dosiahol soju prvú kritičnosť 15. decembra 1948 a v roku 1953 dosiahol výkon 150 kW.
Kanada vyvinula svoj vlastný rad jadrových reaktorov, počínajúc už tu spomenutom výskumom. Národný výskumný experimentálny reaktor (NRX) začal svoju činnosť v roku 1947 v Chalk River v štáte Ontário, kde dnes sú laboratóriá kanadského jadrového výskumu a vývoja.
V roku 1952 Kanadská vláda založila atómovú energiu Kanady Ltd (AECL) ako spoločnosť s mandátom na výskum a vývoj mierového využívania jadrovej energie. Národný výskumný univerzálny reaktor (NRU) bol postavený na rieke Chalk v roku 1957. Až do októbra 2016 tvoril NRU 40% svetových dodávok molybdénu-99, zdroja technécia-99 široko využívaného na lekársku diagnostiku, a kobaltu-60 na liečenie rakoviny. Po dosiahnutí pozoruhodnej životnosti (61 odprevádzkovaných rokov) bol odstavený až v marci 2018.
Produkcia uránovej rudy
Ako sme spomenuli na začiatku – prieskumné prospektorské práce uránu v Kanade začali už v roku 1942 a v Kanade a boli urýchlené v roku 1947, čo viedlo k významným objavom pri jazere Elliott, Ontário a tiež na severe Saskatchewanu. V roku 1959 bolo už v piatich oblastiach Kanady v prevádzke až 23 baní s 19 spracovateľskými závodmi. Nový prieskum v sedemdesiatych rokoch priniesol významné objavy v severnej Saskatchewanskej kotline Athabasca, pri Králičom jazere, jazere Cluff a jazere Key Lake, kde sa začali v roku 1975, 1980 a 1983 ďalšie práce v dobývaní uránovej rudy. V určitom období bola Kanada najväčším producentom uránu na svete. Napríklad v roku 2004 predstavovala produkcia 13 676 ton koncentrátu oxidu uránu asi 30% celkovej svetovej výroby s hodnotou asi 800 miliónov dolárov.
Vývoj a výroba jadrových reaktorov CANDU
AECL v spolupráci s kanadským priemyslom začala koncom 50. rokov 20. storočia vyvíjať svoj prvý národný Kanadský typ reaktora - Candu (Canada Deutérium Urán). Reaktory Candu používajú ťažkú vodu (oxid deutéria) ako moderátor a chladivo a ako jadrové palivo je prírodný urán (na rozdiel od obohateného uránu). Výhodou reaktora Candu sú úspory nákladov na palivo, pretože urán nemusí prechádzať procesom obohacovania a znížené prestoje reaktora pri doplňovaní paliva a údržbe. Tieto úspory sú naopak čiastočne kompenzované nákladmi na výrobu ťažkej vody.
Malý prototyp (22 MWe) Candu bol uvedený do prevádzky v roku 1962 vo Rolphtone v štáte Ontario. Väčší prototyp - 200 MWe - začal vyrábať energiu v Douglas Point, Ontario, v roku 1967. To bol základ návrhu prvých indických PHWR reaktorov, Rawatbhata 1 a 2. Technológia a dizajn reaktorov Candu sa vyvíjali v priebehu niekoľkých generácií, pričom najnovšie reaktory boli vylepšené Candu 6 (EC6, Qinshan v Číne). Nová generácia pokročilého reaktora Candu (ACR-1000) nebola ešte úplne vyvinutá.
V súčasnosti je v Indii 34 energetických reaktorov Candu a v Indii 13 reaktorov s derivátom Candu, pričom sa stavajú ďalšie reaktory.
Exportné dodávky 12 jadrových reaktorov Candu boli uskutočnené do Južnej Kórey (4), Rumunska (2), Indie (2), Pakistanu (1), Argentíny (1) a Číny (2), samozrejme spolu s odbornými znalosťami o výrobe, výstavbe a prevádzke.
Zaujímavosťou je, že počet parogenerátorov (PG) je na reaktorových blokoch Candu rôzny (pre rôzne konštrukcie). Napríklad jadrová elektráreň Bruce má osem PG, každý s jedinečným dizajnom a nikde inde sa nepoužívajú. Všetky reaktorové bloky typu Candu-6 (napríklad Point Lepreau) majú štyri PG na blok, rovnako ako väčšie bloky Darlington. Staré reaktory v JE Pickering majú 12 malých PG na blok.
Prvé komerčné jadrové reaktory Candu začali prevádzkovať na JE Pickering v Ontáriu v roku 1971. Osemnásť z 19 komerčných reaktorov CANDU sa nachádza v Ontáriu (Point Lepreau je v New Brunswicku). V roku 2018 až 60% výroby elektriny v Ontáriu pochádzalo z jadrovej energie.
Do roku 2016 sa snažili zamerať na prispôsobenie svojich konštrukčných návrhov pre reaktory Candu tak, aby fungovali aj na recyklovanom uráne z ľahkých vodných reaktorov, a teda aby skôr dopĺňali prevádzkovateľov týchto reaktorov než im (PWR a BWR) konkurovali. Jedným z výsledkov tohto sú dohody z roku 2012 a 2016 s Čínskou národnou jadrovou spoločnosťou a ďalšími spoločnosťami s cieľom dokončiť projekt a potom postaviť nové moderné palivové reaktory CANDU (AFCR).
Z medzinárodného (celosvetového) pohľadu je potrebné pripomenúť, že energetické jadrové reaktory Candu sú používané nielen na výrobu elektriny, ale vyrábajú takmer všetku svetovú zásobu rádioizotopu Kobaltu-60 na lekárske a sterilizačné použitie.
Ako vidíme, Kanada je dlhoročným lídrom vo výskume a vývoji jadrovej energie.
Asi 15% kanadskej elektrickej energie pochádza z jadrovej energie, pričom 19 reaktorov väčšinou v Ontáriu poskytuje 13,5 GWe energie.
Kanada plánovala v najbližšom desaťročí rozšíriť svoju jadrovú kapacitu vybudovaním ďalších dvoch nových reaktorov, tieto však boli dočasne odložené.
Kanada vyváža reaktorové systémy vyvinuté v Kanade, a zabezpečuje vysoký podiel svetových dodávok rádioizotopov používaných pri lekárskej diagnostike a pri liečbe rakoviny.
