Popis laboratoří (cz)

Popis laboratoří a vybavení
akademických členů sdružení
CENEN
Za texty popisující vybavení pracovišť jsou zodpovědní zástupci jednotlivých kateder
a ústavů.
Autor: Členové sdružení CENEN
Editor: Jaroslav Zeman,
Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská, ČVUT v Praze
Břehová 7, 115 19 Praha 1
Vydalo České vysoké učení technické v Praze
ISBN 978-80-01-05450-5
CENEN – Czech Nuclear Education Network
CENEN je dobrovolné akademické sdružení, jehož hlavní činností je poskytovat
kvalitní a udržitelné vzdělávání v oboru Jaderného inženýrství. Vysoké kvality
vzdělávání lze dosáhnout díky efektivní spolupráci univerzit i komerčních partnerů.
Přenos informací mezi studenty a akademickými pracovníky je vylepšován
organizováním workshopů, seminářů a diskuzí s odborníky z České republiky i ze
zahraničí.
Zahraniční spolupráce je rozšiřována především díky začlenění do evropské
organizace ENEN - European Nuclear Education a spolupráci s WNU – World
Nuclear University.
Sdružení bylo založeno 3. května 2005 a od té doby se počet členů rozrostl na
17 členů z akademických institucí a 4 přidružené komerční partnery.
Projekt CENEN-NET
Projekt CENEN-NET je řešen v rámci Operačního programu Vzdělávání
pro konkurenceschopnost s vazbou na prioritní osu č. 2 - Terciální vzdělávání,
výzkum a vývoj a oblast podpory č. 2.4. - partnerství a sítě.
Cílem projektu je prohloubení spolupráce mezi pracovišti vzdělávacích
vysokoškolských institucí, které zabezpečují vzdělání v oblasti jaderné energetiky a
jsou sdružené ve volném akademickém společenství CENEN. Na projektu
spolupracují: ČVUT v Praze, VŠCHT Praha, ZČU Plzeň, VŠB-TU Ostrava, VUT
Brno, TU Liberec, SÚJB, ČEZ a.s., ÚJV Řež a.s., ŠKODA JS a.s. a VÍTKOVICE
ÚAM a.s.
Stěžejními aktivitami projektu jsou stáže mezi jednotlivými pracovišti, společné
workshopy, semináře a konference, na kterých bude docházet k upevňování
a především navazování nových kontaktů z akademické, státní i aplikační sféry, a to
jak tuzemské, tak i mezinárodní. Klíčovou aktivitou je vytvoření kanceláře projektové
podpory, která bude pomáhat partnerství CENEN s přípravou domácích
i mezinárodních projektů. Aktivity projektu vedou především k rozšíření partnerství
CENEN přenosem znalostí z centra do regionů a dále předáním a umožněním využití
4
zahraničních a tuzemských průmyslových kontaktů pražských VŠ regionálním a mezi
regionálními vzájemně.
Hlavním výstupem projektu je hlubší spolupráce mezi univerzitami, aplikační i státní
sférou a navázání profesních kontaktů. Cílovou skupinou projektu jsou akademičtí
pracovníci a studenti mimopražských univerzit zapojených do vzdělávání v oblasti
jaderné energetiky. Konkrétně se jedná o 7 pracovišť na úrovni kateder a ústavů
fungujících na 7 různých fakultách 4 vysokých škol (ZČU Plzeň, TU Liberec,
VŠB-TU Ostrava a VUT Brno).
Informace o projektu a jeho řešení jsou umístěny na internetových stránkách projektu:
www.cenen.net a sdružení CENEN: www.cenen.cz.
5
Akademičtí členové sdružení CENEN:
•
České vysoké učení technické v Praze
o
Fakulta elektrotechnická
Katedra elektroenergetiky
o
Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská
Katedra dozimetrie a aplikace ionizujícího záření
Katedra jaderné chemie
Katedra jaderných reaktorů
Katedra materiálů
o
Fakulta stavební
Katedra betonových a zděných konstrukcí
o
Fakulta strojní
Ústav energetiky
•
Masarykova univerzita v Brně
o
Fakulta sociálních studií
Katedra mezinárodních vztahů a evropských studií
•
Technická univerzita v Liberci
o
Fakulta strojní
Katedra energetických zařízení
•
Vysoké učení technické v Brně
o
Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Ústav elektroenergetiky
o
Fakulta strojního inženýrství
Energetický ústav
6
•
Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava
o
Fakulta strojní
Katedra energetiky
•
Vysoká škola chemicko-technologická v Praze
o
Fakulta technologie a ochrany prostředí
Ústav energetiky
•
Západočeská univerzita v Plzni
o
Fakulta aplikovaných věd
Katedra matematiky
o
Fakulta elektrotechnická
Katedra elektroenergetiky a ekologie
o
Fakulta strojní
Katedra energetických strojů a zařízení
7
Základem kvalitního vzdělání je doplnit přednášky a semináře vhodnou
experimentální výukou a praxí. Každé pracoviště na jednotlivých univerzitách
vybudovalo během svého působení řadu laboratoří a experimentálních zařízení, která
jsou určena pro rozšíření teoretické výuky. Možnost podílet se na experimentech
a ověřit si tak teoretické znalosti na skutečném zařízení výrazně zvyšují schopnosti
absolventů technických vysokých škol, a tím také jejich konkurenceschopnost na trhu
práce, a to nejen v rámci České republiky, ale také v mezinárodním měřítku.
Vybudovat velká experimentální zařízení nebo pořídit speciální měřicí přístroje je
finančně náročné, čímž se stává dané vybavení pro řadu pracovišť nedostupným.
V rámci sdružení CENEN je snaha o efektivní využívání laboratoří a experimentálních
vybavení formou jejich sdílení a poskytování vzdělání také studentům z ostatních
pracovišť. Díky této spolupráci je možné rozšířit množství moderních
experimentálních zařízení na území České republiky, a tím zvýšit úroveň absolventů
připravovaných pro práci v jaderném průmyslu.
Tato brožura představuje přehled experimentálních zařízení provozovaných v rámci
sdružení CENEN. Tyto laboratoře a specializovaná pracoviště jsou otevřená nejen
všem studentům univerzit se sdružení CENEN, ale také ostatním zájemcům
z technických škol z České republiky i ze zahraničí.
8
Katedra elektroenergetiky, Fakulta elektrotechnická, ČVUT
v Praze
Laboratoř vysokých napětí
Laboratoř může provádět napěťové zkoušky (200 kV DC a do 500 kV AC
průmyslového kmitočtu a dále při atmosférickém a spínacím impulsu do amplitudy
1200 kV) a speciální zkoušky jako je měření a vyhodnocování výbojové činnosti
v elektrických strojích a zařízeních, snímání frekvenčních charakteristik pro ověření
stavu vinutí transformátorů, zkoušky přepěťových ochran pro silová
a telekomunikační zařízení v rámci EMC a zjišťování charakteristik elektrostatických
odlučovačů. V laboratoři se provádí kalibrace přístrojů na měření vysokých napětí a
velkých proudů (Rogowského cívka, měřicí transformátor proudů), napěťové zkoušky
ochranných a pracovních pomůcek a měření částečných výbojů.
Laboratoř elektrických ochran
Laboratoř je vybavena elektrickými ochranami starších typů i nejmodernějšími
modely a dále jisticími prvky. Laboratoř je vybavena 6 měřicími pracovišti, která
umožňují regulované napájení do 400 V AC a do 220 V DC. K měření se v laboratoři
používají vedle klasických přístrojů (magnetoelektrických a feromagnetických)
9
i moderní digitální přístroje a osciloskopy spolupracující s moderní výpočetní
technikou. Dále jsou zde přístroje určené k měření kvality elektrické energie analyzátory elektrické sítě (BK 550 Elcom, CIRCUTOR QNA-412, CIRCUTOR
CAVA), přístroj OMICRON CMC 256-6 pro měření a testování digitálních ochran
a sonda pro měření elektrického a magnetického pole.
10
Model elektrárenského bloku
Laboratoř je vybavena fyzikálním modelem elektrické části elektrárenského bloku
(synchronní stroj poháněný W-L soustrojím a připojitelný přes blokový transformátor
a tlumivku do soustavy). Je určena pro výuku manipulací s elektrárenským soustrojím,
testování ochranných systémů, přechodných jevů a poruch v elektroenergetických
systémech. Laboratoř je vhodná pro výuku i pro školení odborníků v oblasti
elektroenergetiky.
Laboratoř světelné techniky
Laboratoř je akreditována Úřadem civilního letectví ČR pro ověřování světelně
technických parametrů letištních návěstidel. Laboratoř je vybavena přístroji: kulový
integrátor, goniofotometr, fotometrická lavice, spektrofotometr, kontrastoměr, měřič
odrazů, jasoměry aj. V laboratoři je možné provádět počítačové a fotometrické
ověřování
světelně technických kvantitativních, kvalitativních parametrů
osvětlovacích soustav a návrhy osvětlovacích soustav v prostorech se zrakově
náročnými činnostmi v průmyslu, ve zdravotnictví, ve školách, v kancelářích aj.
11
12
Katedra dozimetrie a aplikace ionizujícího záření, Fakulta
jaderná a fyzikálně inženýrská, ČVUT v Praze
Laboratoř termoluminiscenční a gelové dozimetrie
Termoluminiscenční dozimetrie je provozována pomocí vyhodnocovacího zařízení
Harshaw-3500 HT, primárně určeného pro dozimetry typu TLD-100, lze jej nicméně
používat i pro další typy dozimetrů, např. aluminofosfátová skla. Vyhodnocovací
zařízení umožňuje odečítat integrální signál i záznam průběhu vyhřívací křivky.
Kromě využití v dozimetrii lze aplikovat zařízení i k výzkumu fyziky pevných látek.
Termoluminiscenční signál umožňuje měřit koncentraci a hloubku pastí v zakázaném
pásu materiálu a poskytuje tak cenné informace. Příkladem úspěšné vědecké aplikace
může spolupráce s Fyzikálním ústavem AV ČR na výzkumu scintilátorů.
Vy hodnocovací zařícení pro TLD dozimetry Harshaw-3500 HT s vakuovou pinzetou.
Gelová dozimetrie umožňuje stanovit 3D rozložení dávky ionizujícího záření
v materiálu blízkém tkáňově ekvivalentnímu. Základem je gel, kterým se před
ozařováním naplní nádoba požadované geometrie. Vlivem ozáření změní gel svoje
vlastnosti (hustota, optické vlastnosti) v závislosti na absorbované dávce. Laboratoř je
vybavena zařízením a surovinami pro přípravu gelů a dále optickým tomografem,
který umožňuje určit dávku ve všech třech rozměrech v rozsahu jednotek až desítek
Gy a spektrofotometrem.
13
Optický tomograf pro vy hodnocování gelových
dozimetrů
Jednopaprskový, mřížkový spektrofotometr Helios
BETA.
Laboratoř rentgenfluorescenční analýzy
Rentgenfluorescenční analýza je rychlá, univerzální, multielementální, nedestruktivní
analytická metoda, jež se zakládá na měření spekter charakteristického záření X, která
jsou vybuzena ionizujícím zářením. Zařízení ve vybavení KDAIZ umožňují měřit
prvky s protonovým číslem 15 a vyšším, v koncetracích asi od 0,1 % výše. Díky
rentgenové optice je možno měřit složení velmi malých ploch o rozměrech desítek
mikronů, ba pomocí skenování zjišťovat 2D rozložení prvků v měřeném objektu.
Měření starého tisku pomocí rentgenfluorescenční analýzy . Vlevo rentgenka, vpravo Si PIN detektor.
Všechny prvky jsou stanovovány při jednom měření, jehož délka nikdy nepřesáhne
v jednom bodě několik málo minut. Vzorek není třeba pro účely měření nijak
upravovat a metoda jej nijak nepoškozuje.
14
Laboratoř je vybavena třemi rentgenkami, Si PIN detektorem, SDD detektorem, Si(Li)
detektorem, radionuklidovými zdroji 55 Fe i 238 Pu a zařízením umožňujícím skenování
plošných objektů.
Laboratoř spektrometrie záření gama
Spektrometrická laboratoř je vybavena
třemi HPGe detektory v olověném
stínění. Primárně jsou určeny pro
měření vzorků v geometrii Marinelliho
nádoby, v úvahu však připadají i další
geometrie. HPGe detektory jsou běžné,
neinvertované detektory, vhodné ke
spektrometrii záření gama od 50 keV
výše. V případě potřeby měření nižších
energií lze vyžít Si(Li) detektor, jenž je
umístěn v laboratoři rengentfluorescenční analýzy.
Laboratoř spektrometrie záření gama se dvěma
HPGe detektory , stíněním, stínícím boxem a
elektronikou
Laboratoř termoluminiscenčního datování
K datování objektů z keramiky, pálené hlíny apod. lze užít metodu
termoluminiscenčního datování. Je založena na předpokladu, že v měřeném objektu se
nalézá materiál s vlastnostmi termoluminiscenčního dozimetru s velmi nízkým
fadingem. V důsledku ozařování se v materiálu kumuluje absorbovaná dávka, kterou
lze měřit a při znalosti dávkového příkonu přepočíst na stáří objektu. Nutnou
podmínkou je však vymazaní termoluminiscenčního signálu v určitý okamžik
v historii, typicky se jedná o vypálení cihly, keramického předmětu apod. Laboratoř
termoluminiscenčního datování je vybavena zařízením k odběru i přípravě vzorků pro
termoluminiscenční datování a samozřejmě i přístrojem k vlastnímu stanovení stáří
historických objektů.
Laboratoř výpočetní tomografie
V současné době se buduje laboratoř pro výpočetní tomograf. Tomograf bude osazen
detektorem sestávajícím z CCD kamery a scintilujícího screenu z LuAG:Ce, případně
pixelovým detektorem TimePix. Oba tyto detektory umožňují dosáhnout vysokého
prostorového rozlišení. Tomograf je zamýšlen spíše pro zobrazování menších objektů,
resp. detailů s velikostí kolem 1 cm a méně.
15
Ozařovací hala a praktikum Dejvice
Praktikum radiologické fyziky v Dejvicích je vybaveno vyřazenými diagnostickými
přístroji (mamograf, zubní rentgen, konvenční rentgen), které jsou však plně funkční.
Lze např. stanovovat kvalitu jejich obrazu a další parametry. Pomocí ionizačních
komor lze proměřit i parametry svazků rtg přístrojů i dávku obdrženou pacientem.
Ionizační komory lze využít i v ozařovací hale, v níž je umístěn vodní fantom a zdroj
gama záření 137 Cs. Zde lze proměřit profil svazku tohoto ozařovače. V ozařovací hale
je též starší zdroj neutronů 252 Cf a detektory neutronů: dlouhý BF 3 počítač a LiI:Eu
scintilátor se sadou Bonnerových sfér použitelných pro spektrometrii neutronů.
Dozimetrické praktikum
K dispozici jsou jednoduché detektory, elektronické moduly systému NIM i CAMAC
a 2 osciloskopy, které slouží především k výuce, jsou však dostatečně univerzální i pro
jiné účely. Jmenovitě se jedná o krystaly NaI:Tl, plastové scintilátory, elektronické
osobní dozimetry, 2 proporcionální detektory, YAG:Ce scintilátor s vakuovou
komorou pro spektrometrii záření α, křemíkový detektor s povrchovou bariérou a
vakuovou komůrkou (spektrometrie α), GM trubice pro γ záření, zvonkové GM
detektory, Lucasovy komůrky, měřáky radonu typu RADIM-3, ionizační komory
pro měření radonu, spektrometrické zesilovače, zdroje VN, zdroje NN, koincidenční
jednotky, jednokanálové i mnohokanálové analyzátory, zpožďovací linky, převodníky
času na amplitudu, mnohokanálový čítač, analyzátor tvaru pulzů, generátory
referenčních pulzů, fotonásobiče, propojovací kabely, radionuklidové zdroje
ionizujícího záření, emanační zdroj radonu a řada dalšího, méně specifického
vybavení (váhy, posuvná měřítka apod.).
Ostatní
Katedra je dále vybavena několika přístroji sloužících k terénní gama spektrometrii:
scintilační detektory BGO a NaI:Tl, několika přístroji k měření radonu a systémem
ARES pro tomografické stanovení měrných odporů hornin.
Katedra má oprávnění i přístrojové vybavení k provádění tzv. zkoušek dlouhodobé
stability uzavřených radionuklidových zdrojů pomocí otěrových zkoušek.
16
Katedra provozuje dva starší 60 Co
ozařovače typu GAMACELL 220
s dávkovým příkonem 4 Gy/hod a 60
Gy/hod.
Pracovníci zabývající se metodou
Monte Carlo mají k dispozici
výpočetní cluster a programy MCNP
a Fluka.
Použití přístroje FRITRA-4 pro kontinuální
monitorování radonu a jeho dceřinných produktů
v jesky ni.
Měření dávkových příkonů v okolí JE Temelín.
17
Ozařovač Gamacell 220 s vy sunutou
vzorkovací komorou se vzorky .
Katedra jaderné chemie, Fakulta jaderná a fyzikálně
inženýrská, ČVUT v Praze
Na Katedře jaderné chemie (KJCH) lze nalézt široké spektrum přístrojů
a laboratorního vybavení, rozdělené do deseti laboratoří, využívaných čtyřmi
výzkumnými skupinami: Skupinou separace a radioanalytiky, Skupinou
radiofarmaceutické chemie, Skupinou migrace radionuklidů a toxických látek v ŽP
a Skupinou radiační chemie. Více podrobností viz www.jaderna-chemie.cz.
Laboratoř instrumentálních metod slouží jako analytické zázemí KJCH. Vedle
standardního laboratorního zařízení (váhy, sušárny, třepačky, pH-metry, odstředivky,
termostaty, autoklávy, …) se zde pracuje i na řadě investičně náročnějších
analytických přístrojů a vybavení (atomový absorpční spektrometr Varian AA240FS a
AA280Z, analyzátor rtuti AMA 254, UV-vis spektrometr – Varian Cary 100,
automatický titrátor TIM 845, kapalinový chromatograf HPLC Watrex, plynový
chromatograf CP-9002 s ECD detektory a FID, potenciostat/galvanostat/ZRA
Reference 600 s rotační elektrodou, rtg. difraktometr, termoanalyzátor TGA, DTA,
DSC Lasys Evo, vakuová pec Clasic 0415 VAK, přístroj na stanovení velikosti
měrných povrchů práškovitých materiálů a rukavicový box). Součástí této laboratoře
je rovněž dílna vybavená stolní frézou, stojanovou vrtačkou, stolním soustruhem
a čelní bruskou.
V Laboratoři TRLFS (časově rozlišená laserem indukovaná fluorescenční
spektrometrie) je experimentálně studována speciace uranu a nově i dalších prvků,
charakterizovatelných indukovanou fluorescencí jejich komplexů v kapalné fázi, např.
europia. Hlavními komponenty tohoto analytického zařízení jsou Nd:YAG
18
laserem čerpaný laditelný laserový systém VIBRANT™ 355 II, spektrograf
MS257™, ICCD kamera ANDOR iStar. K vyhodnocení získaných dat (časově
rozlišených spekter) slouží v této laboratoři vlastní nástroje pro aplikaci faktorové
analýzy.
V Laboratoři zdrojů záření jsou k dispozici zdroje UV záření (UV výbojka
o výkonu 120 W a UV lampy o výkonu 4x25 W s optickou lavicí), zdroj záření gama
Co-60 GammaCell, zdroj urychlených elektronů LINAC a poloprovozní aparatura pro
ozařování kapalných prostředí urychlenými elektrony v průtokovém a cirkulačním
režimu. Výzkum je zde zaměřen zejména na využití nanotechnologií pro minimalizaci
kontaminace ŽP (radionuklidy, těžké kovy) a netradiční syntézu anorganických
nanoscintilátorů. Zdrojů záření je využíváno rovněž k ozařování biologických
materiálů.
Na Pracovišti bioradiační chemie lze pracovat s laminárním boxem Aura Mini
(BioAir), autoklávem Tuttnauer 2540Ms objemem komory 23 L, termostatem
Lovibond ET 618 (Liebherr), mikroskopem DN45 s přenosem obrazu na obrazovku
(Lambda Praha) a orbitální třepačkou IKA MS3 basics. V současné době jsou zde
studovány účinky ultrafialového a ionizujícího záření na modelové biomembrány
a povrch živých buněk, stejně jako možnosti chemické ochrany buněk před účinky
těchto zdrojů záření.
V komplexu Radiochemických laboratoří je možné nalézt laboratoře II. kategorie
vybavené radiochemickými digestořemi, sadou měřičů kontaminace, vakuovou
sušárnou Vacucell-22 (Brněnská Medicínská Technika, a.s.), lyofilizátorem LYOVAC
GT2 (SRK System Technik), titrátorem ABU-901 a základními přístroji potřebnými
pro výzkum a výuku v oblasti separační a analytické radiochemie.
19
Radiometrická laboratoř je vybavena spektrometrem záření gama s vysokým
rozlišením se stíněním pro nízkopozaďová měření (mnohakanálový analyzátor
ORTEC - EG&G ORTEC USA s koaxiálním polovodičovým detektorem PGT PIGC
22 - Priceton Gamma Technologies, USA - účinnost 22%, rozlišení 1,9 keV pro Co-60
s Eγ = 1332 keV, chlazen kapalným dusíkem); spektrometrem záření gama s vysokým
rozlišením pro běžná měření (detektor HPGe 40% Canberra GC4019, digitální
spektrometr ORTEC DSpec Junior 2.0, chladicí agregát Canberra Cryolectric II);
spektrometrem záření gama nízkých energií s vysokým rozlišením (mnohakanálový
analyzátor ORTEC 926 a detektor Canberra GL0510P/S, chlazený kapalným
dusíkem); spektrometrem záření gama se středním rozlišením (detektor LaBr(Ce)
a kompaktní mnohakanálový spektrometr ORTEC DigiBASE-E konstrukčně
upravený jako ponorná sonda (do 10 m) o průměru 85mm), NaI(Tl) čítačovými
systémy v jednokanálovém zapojení; spektrometrem záření alfa ORTEC OCTETE
Plus (8-komůrkový systém s PIPS detektory čítačem s proporcionálním detektorem),
kapalinovou scintilační spektrometrií – Triathler Standard, Triathler s dodatečným
NaI(Tl) studňovým detektorem a přídavným Pb stíněním, 3-fotonásobičový scintilační
spektrometr Hidex 300SL (vše Hidex Oy, Finsko); rentgenfluorescenčním přenosným
analyzátorem NITON XL3t 900S GOLDD Thermo Scientific/HUKOS s.r.o.;
elektrodepozicí TTi EL302RD a teflonovou aparaturou pro alfaspektrometrii. V této
laboratoři jsou v současnosti studovány separační metody v radiochemii (např.
separace minoritních aktinoidů z vysokoaktivních odpadů pro jejich transmutaci „Partitioning“ , vývoj nových separačních materiálů, zejména pevných extrahentů
a kompozitních měničů iontů, vývoj postupů přípravy prekurzorů pro pokročilá
jaderná paliva, separace radionuklidů z provozních kapalných radioaktivních odpadů
jaderně-energetických zařízení, dekontaminace půd) a radioanalytické metody se
zaměřením na vývoj nových metod pro stanovení těžko měřitelných radionuklidů
20
v radioaktivních odpadech nebo v životním prostředí a přípravu vzorků radionuklidů
s dlouhým poločasem radioaktivní přeměny pro měření pomocí AMS (Accelerator
Mass Spectrometry).
Pracoviště studia migrace a speciace radionuklidů disponuje základním
laboratorním vybavením pro charakterizaci sorpčních a retardačních vlastností
přírodních horninových materiálů, softwarovými nástroji pro vyhodnocování výsledků
laboratorních experimentů a simulace transportu kontaminantů v životním prostředí
(např. PHREEQC, MINTEQ a GoldSim) a vlastními metodikami a softwarovými
nástroji pro vedení a vyhodnocování experimentů a simulačních výpočtů. Pracovníci
této skupiny zde studují interakce vybraných radionuklidů s materiály bariér úložišť
odpadů a s horninovými materiály, difúzi kritických radionuklidů materiály bariér,
a modelují rovnovážné a kinetické zákonitosti komplexace a speciaci těžkých kovů
a aktinidů ve složitých geochemických systémech. V rámci této laboratoře se vytvářejí
a aplikují i simulační nástroje k celkovému hodnocení podzemního úložiště ozářeného
jaderného paliva a vysoce aktivních radioaktivních odpadů (Performance
Assessment).
Radiochemické praktikum je vybavené radiochemickou digestoří, stíněnou skříní
pro
zásobní
roztoky
radionuklidů,
sadou
měřičů
kontaminace,
radiochromatografickým skenerem Canberra/Bioscan AR-2000, jednokanálovými
scintilačními a GM systémy, rukavicovým boxem, sušárnou EcoCel 22 (Brněnská
Medicínská Technika, a.s.), termoreaktorem Spectroquant 420 do 150°C, ponornými
termostaty až do objemu 15 L, zdroji pro elektroforézu a elektrolýzu (Consort EV231,
Manson DualTracking DPD 3030), pecí na 1000°C, neutronovým AmBe zdrojem 500
mCi, termostatovanou třepačkou -5 - 75°C s Peltiérovým a pasivním vodním
chlazením, spektrofotometrem Helios Ypsilon, vysokotlakým mikrovlnným
21
rozkladným zařízením s jednou pozicí ERTEC Magnum 01-04 a Lucasovými
komůrkami pro měření Rn. Na tomto pracovišti probíhá většina praktik KJCH
(praktika z detekce ionizujícího záření, z instrumentálních metod, z jaderné chemie,
z radioanalytických metod, z radiochemické techniky a ze separačních metod).
V Laboratoři radiofarmak a značených sloučenin a Laboratoři organické syntézy
se využívají aparatury pro značení organických látek a přípravu radiofarmak,
modulární analytický HPLC systém s autosamplerem s možností UV/VIS, RI,
vodivostní a radiometrické detekce, propojený se SW Clarity. Laboratoř dále
disponuje
TLC
skenerem
(AR-2000),
ionizační
komoru CRC-55tW
a radiochemickými digestořemi. V laboratořích je také k dispozici základní laboratorní
vybavení pro syntézy a zpracování organických látek jak v mikro tak makro měřítku
(2.5 L dvouplášťový reaktor), kryostat Huber TC50E pro nízkoteplotní syntézy,
vakuová linka s inertní větví, preparativní HPLC systém LKB s RI detektorem
a sběračem frakcí (separace až 50 mg/1 loading). Laboratoře jsou vybaveny
centrálními rozvody inertního plynu a vakua (XDS 5). Zázemí obou laboratoří tvoří
strukturně analytická část sestávající z IČ spektrometru Nicolet Impact 400D
a jednostupňového MS spektrometru Finnigan SSQ 7000, navíc je smluvně zajištěn
NMR servis na externím spolupracujícím pracovišti AV ČR. Hlavní činností
laboratoří je vývoj a optimalizace syntéz nových značených sloučenin a potenciálních
radiofarmak, aplikace izotopů v biologii a medicíně, kontrola výstupní kvality
značených sloučenin a radiofarmak pomocí HPLC a GC, strukturní analýza MS
(ESI/CID, APCI), IR (ESP, DRIFT), NMR (1 H, 13 C, 3 H).
22
Katedra jaderných reaktorů, Fakulta jaderná a fyzikálně
inženýrská, ČVUT v Praze
Reaktor VR-1
Bazénový reaktor nulového výkonu slouží především k výuce studentů
a periodickému školení pracovníků jaderných elektráren. Aktivní zóna je vybavena
množstvím vertikálních kanálů, které slouží pro provozní měření výkonu, umístění
dodatečných detektorů do aktivní zóny, případě ozařování drobných vzorků. Součástí
reaktoru jsou i horizontální kanály s rychlouzávěrem a měřícími boxy pro experimenty
s vyvedením svazku z aktivní zóny, k dispozici je potrubní pošta, zařízení pro studium
zpožděných neutronů, simulaci bublinkového varu, provádění rychlých dynamických
změn a teplotní ohřev.
Aktivní zóna reaktoru je variabilní a mění se minimálně jednou ročně, na návrhu
i samotném sestavení se podílejí také naši studenti. Pracoviště reaktoru je vybaveno
různými typy detektorů neutronů včetně analyzátorů EMK-310 nezbytných pro
vyhodnocení naměřeného spektra. K dispozici jsou také přenosné měřicí přístroje
pro určení povrchové kontaminace od alfa a beta a přístroje pro měření dávkového
příkonu od gama a neutronů.
Na pracovišti reaktoru jsou k dispozici pro experimentální účely také palivové proutky
EK-10, grafitové a beryliové bloky a těžká voda.
23
Pro výuku je připraveno několik standardních úloh, pro které jsou zpracovány
metodiky, jako například:
•
•
•
•
•
•
Detekce neutronů
Studium zpožděných neutronů
Základní a pokročilá kinetika a dynamika reaktoru
Měření reaktivity a stanovení kalibrační křivky
Přibližování se ke kritickému stavu
Krátkodobá instrumentální neutronová aktivační analýza
Mimo tyto základní úlohy určené k demonstraci fyzikálních aspektů provozu reaktoru
je reaktor využíván také pro měření studentských prací a pro výzkum například
v oblasti detekce neutronů a bezpečnostních systémů.
Dále jsou pravidelně konány exkurze pro střední i vysoké školy.
Neutronová laboratoř
Laboratoř nabízí soubor praktických úloh z oblasti studia interakce neutronů s
studia vlastností neutronových zdrojů. V rámci těchto úloh si mohou
experimentálně ověřit teoretické poznatky získané při přednáškách v oblasti
neutronové a reaktorové fyziky, přístrojů jaderné techniky, dozimetrie a
ochrany.
látkou a
studenti
jaderné,
radiační
Laboratoř využívá externí radionuklidové AmBe zdroje neutronů a tudíž je zcela
nezávislá na školním reaktoru VR-1 jako zdroji neutronů. K dispozici je také malý
přenosný pulsní generátor neutronů Model P385 (dodavatel firma Thermo Scientific),
který využívá k produkci neutronů fúzní reakce D+D. Délka generátoru je 690 mm a
24
průměr 101 mm, váha celého zařízení je 17 kg. Generátor je schopen pracovat jak
v kontinuálním, tak i pulsním režimu s frekvencí až 20 kHz. Neutrony produkované
generátorem mají energii 2,5 MeV a maximální výtěžek se pohybuje okolo 6×106 n/s.
Součástí laboratoře je grafitová prizma, vodní lázeň s řízeným ohřevem vody,
manganová lázeň a zařízení pro studium vlastností foto-neutronových zdrojů.
V laboratoři je možné měřit absolutní emisi radionuklidových zdrojů neutronů,
připravit foto-neutronový zdroj a studovat jeho vlastnosti, studovat zpomalování
a difuzi neutronů ve vodě nebo grafitu, tj stanovovat difúzní délku a Fermiho stáří
neutronů, migrační plochu a extrapolovanou vzdálenost.
K dispozici je zařízení pro termoluminescenční měření, jehož součástí je čtečka TL
dozimetrů RA'94, pec pro vyžíhávání dozimetrů a TL dozimetry pro měření
neutronového a gama záření.
25
Spektrometrická laboratoř
Laboratoř gama-spektrometrie obsahuje dva
polovodičové detektory z velmi čistého
germania a anorganický scintilační detektor.
Hlavní polovodičový HPGe detektor, který je
díky energetickému rozlišení 1,8 keV vhodný
pro precizní gama-spektrometrická měření, je
trvale instalován ve stínícím olověném boxu.
Přenosný HPGe detektor slouží k měření
vzorků v laboratoři, v hale reaktoru případně
v neutronové laboratoři, v závislosti na druhu
experimentu.
Detektory slouží k měření různých gama
spekter ozářených vzorků, jedná se zejména
o měření
monitorů
(aktivační
folie)
neutronového pole a určování spektrálních
charakteristik, stanovení izotopického složení
vzorků metodou aktivační analýzy a studium vyhoření palivových článků školního
reaktoru VR-1.
Scintilační NaI(Tl) detektor slouží k analýze vzorků vodního hospodářství pracoviště
VR-1 a lze ho použít i k analýze aktivačních folií.
Elektronická laboratoř
Elektronická laboratoř slouží k výuce a praktickým úlohám v předmětech základy
elektroniky, počítačové řízení experimentů a programovatelná logická pole. Dále je
používána k údržbě ovládacího zařízení reaktoru VR-1, testování a validaci software
pro řídicí systémy jaderných reaktorů.
Z vybavení je možné jmenovat 2 digitální osciloskopy HP54641D a Agilent
MSOX3012A, univerzální měřicí přístroje Agilent 34410A, univerzální zdroj
HP3245A, impulzní generátory HP8110A a HP81110A, logický analyzátor HP1652B,
funkční generátory HP33120A a Agilent 33521A, měřič/generátor proudu/napětí
Agilent B2902A, napájecími zdroji HPE3631A. Dále je laboratoř vybavena systémem
pro programování pamětí, programovatelných polí a jednočipových mikropočítačů,
26
počítači vybavenými software pro vývoj programovatelných logických polí a software
pro řízení měřicích přístrojů a generátorů.
Simulátor jaderných elektráren
Pro lepší pochopení provázanosti jednotlivých událostí na jaderné elektrárně má
katedra k dispozici simulátory provozu pro reaktory – VVER-440, VVER-1000,
ABWR, CANDU
Jedná se o zjednodušené kopie monitorovacích systémů jaderných elektráren, které
umožňují studentům vyzkoušet vliv jednotlivých parametrů na jaderný reaktor a
naopak. Například vliv poklesu tlaku sekundární páry na odvod tepla, odstavení
reaktoru po výpadku turbíny, opětovné spuštění reaktoru, změny výkonu, regulaci
pomocí regulačních klastrů nebo kyseliny borité a podobně.
Výpočetní nástroje
Pro podporu výuky a pro potřeby výzkumu a vývoje je Katedra jaderných reaktorů
vybavena výpočetními servery, které dohromady čítají více než 50 procesorových
jader. Na nich je možné díky použití systému GNU/Linux vzdáleně spouštět výpočty
v celé řadě aktuálních výpočetních kódů. Jedná se o Monte-Carlo transportní kód
Serpent, nástroje pro přípravu a zpracování jaderných dat NJOY a TALYS a rozsáhlý
balík výpočetních nástrojů SCALE, který umožňuje rozličné výpočty z oblasti
jaderných reaktorů a výpočtů stínění. Pro uživatele s platnou licencí jsou dostupné
Monte-Carlo kódy MCNP a MCNPX. Pro studenty a jejich práce jsou na základě
bilaterálních dohod dostupné výpočetní kódy MOBY-DICK a ANDREA používané
pro analýzu palivových kampaní na českých jaderných elektrárnách.
Pro výpočty proudění a přenosu tepla má katedra dispozici kódy CFD kódy CCM+
a balík COSMOS/M s moduly HStar pro výpočty kondukce a FlowPlus pro výpočty
proudění. Oba je možné použít pro termohydraulické analýzy aktivní zóny,
primárního okruhu i dalších zařízení na jaderné elektrárně. V oblasti termomechaniky
jaderného paliva používáme kódy FEMAXI-6, FRAPCON/FRAPTRAN a brzy
i TRANSURANUS. Skupina těchto kódů je svým určením schopná pokrýt veškeré
potřebné analýzy, standardních i havarijních stavů paliva. Pro studenty jsou
při spolupráci se ŠKODA JS dostupné rovněž speciální kódy jejich produkce:
CALOPEA (určená pro subkanálovou analýzu AZ) a STAMOD.
27
Katedra materiálů, Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská,
ČVUT v Praze
Katedra materiálů vychovává inženýry v oblasti Fyziky v oboru Diagnostika
materiálů, a podílí se na výchově inženýrů v oborech Fyzika a technika termojaderné
fúze, Matematické inženýrství a Matematická informatika. Vědeckovýzkumná činnost
katedry v základním výzkumu i v rámci spolupráce s průmyslem je založena na
komplexním přístupu ke studiu porušování těles a konstrukcí, zahrnujícím fyzikálně
metalurgické aspekty, aplikace lomové mechaniky, matematické modelování polí
napětí a deformace, výzkum procesů porušování v mikroobjemu i pravděpodobnostní
přístup ke studiu spolehlivosti systémů. Mezinárodní spolupráce katedry je
orientována především do oblasti studia únavového porušování materiálů. Do řešení
projektu všech typů jsou zapojeni studenti magisterského i doktorského studia.
Součástí katedry je fraktografické pracoviště, které má statut autorizované zkušebny
českého leteckého průmyslu a výzkumu.
Absolvent oboru Diagnostika materiálů je připraven pro komplexní tvůrčí činnost
v materiálovém výzkumu, při vývoji a zavádění nových technologií i při řešení
problémů životnosti a spolehlivosti systémů v různých oblastech strojírenství,
energetiky a dopravy. Absolvent má obecný matematický a fyzikální základ, na nějž
navazuje soubor znalostí z fyziky pevných látek, aplikované mechaniky kontinua,
lomové a počítačové mechaniky. Během studia je důraz kladen na experimentální
metody výzkumu vlastností materiálů v makro i mikroobjemu, na studium podstaty a
projevů procesů porušování a na využití pravděpodobnostních a statistických metod.
Profil absolventa umožňuje širokou adaptabilitu v základním a aplikovaném výzkumu
nebo při výzkumné a vývojové činnosti v průmyslové praxi.
Fraktografická laboratoř:
• 3 řádkovací elektronové mikroskopy JEOL: JSM 5510 LV, JSM840 A, JSM 50 A
• energiově-disperzní mikroanalyzátor
28
JEOL JSM 5510 LV
JEOL JSM 840A
JEOL JSM 50A
Metalografická laboratoř:
• Metalografická přípravna vzorků, automatická leštička, elektrolytická leštička
• světelné mikroskopy s digitálním výstupem
• 3D rekonstrukce povrchu pomocí stereopárů
3D rekonstrukce povrchu pomocí steropárů
29
Laboratoř měření mikrotvrdosti
• Nanoindentor s modulem mikroindentoru
• Mikrotvrdoměry
Laboratoř mechanických zkoušek:
• modernizovaný hydraulický pulzátor INOVA ZUZ 50
• vysokofrekvenční rezonanční pulzátor (SF-test)
• tahové zkoušky, Charpyho rázová zkouška, měření tvrdosti
30
Pulzátor INOVA
SF-test
Instrumentované Charpy ho kladivo
Univerzální zkušební stroj Inspekt 100 kN
31
Katedra betonových a zděných konstrukcí, Fakulta stavební,
ČVUT v Praze
Všechny laboratoře fakulty stavební jsou určeny pro výzkum a ověřování vlastností
stavebních materiálů, a tedy i materiálů používaných ve stavebních konstrukcích
v jaderné energetice. Jsou zde vyšetřovány geologické poměry, které jsou důležité
při zakládání těchto strategických staveb. Jsou zde vyšetřovány stavební materiály,
jako beton a ocel, a to i za extrémních podmínek dlouhodobého zahřívání, požáru,
chemické agresivity. Je zde též vyšetřováno proudění vody, jehož znalost je zásadní
při projektování chladicího systému elektráren. Níže jsou vyjmenovány jednotlivé
laboratoře, které mají vztah k jaderné energetice.
Experimentální centrum
Toto centrum působí jako akreditované pracoviště v oblasti zkušebnictví stavebních
konstrukcí a materiálů. Provádí experimentální práce vědecko-výzkumné povahy a
odborný servis stavebním firmám jak ve své laboratoři, tak v podmínkách in-situ.
V rámci výuky se zde studenti seznamují se základními metodami experimentálního
výzkumu mechanických vlastností stavebních materiálů a konstrukcí
32
Centrum experimentální geotechniky
Toto centrum se zabývá řešením technických a praktických problémů mechaniky
hornin a zemin a dále monitoringem speciálních povrchových staveb či podzemních
staveb jako jsou podzemní zásobníky a sklady vyhořelých paliv.
Chemická a technologická laboratoř
Tato laboratoř se zabývá stanovením fyzikálních a chemických vlastností materiálů,
jako je kámen, kamenivo, pojiva a další.
Laboratoř transportních procesů
Tato laboratoř, obdobně jako chemická a technologická laboratoř, se zabývá
stanovením fyzikálních parametrů stavebních materiálů v simulovaném prostředí
pomocí klimatizačních komor. Studenti se zde v rámci výuky seznamují například
s problematikou difuzivity stavebních materiálů a jejich chování v extrémních
tepelných podmínkách.
Mikromechanická laboratoř
Tato laboratoř se zabývá komplexním výzkumem silikátových pojiv, především na
bázi cementů a nově i odpadních elektrárenských popílků. Mezi špičkové laboratorní
vybavení laboratoře patří tři nanoindentory, environmentální rastrovací elektronový
mikroskop s mikroanalyzátorem a elektronovou difrakcí, mikroskop atomových sil,
polarizační mikroskop a izotermální kalorimetr. Studenti se zde mohou seznámit
s fázovými změnami silikátových pojiv na mikroúrovni vystavených extrémním
podmínkám.
33
Vodohospodářská laboratoř
Tato laboratoř slouží modelovému výzkumu hydraulických jevů v oblasti vodních
staveb, vodních toků, vodovodů, čistíren odpadních vod apod.
34
Ústav energetiky, Fakulta strojní, ČVUT v Praze
Experimentální zařízení Gaslift
Experimentální zařízení z plexiskla pro sledování dvoufázového proudění vzduchvoda. Zařízení slouží pro měření rychlostí proudu (pomocí konduktometrů)
a vizualizaci způsobu proudění pomocí vysokorychlostní kamery.
35
Experimentální zařízení pro výzkum krize varu na drátku
Zařízení slouží pro ověřování korelací krize za atmosférických tlaků. Pracuje s vodou
do teploty varu. Možnost použití různých typů drátků. Zkoumání vlivu drsnosti
povrchu a čistoty povrchu
Experimentální zařízení pro simulaci zatopení a obrácení proudu
Zařízení slouží pro ověření korelací pro zatopení a obrácení proudu. Tento jev je
velice důležitý pro havarijní chlazení aktivní zóny jaderných reaktorů. Zařízení
pracuje na atmosférickém tlaku za pokojových teplot.
Experimentální zařízení pro výzkum krize varu na drátku
Experimentální zařízení pro
simulaci zatopení a obrácení
proudu
Zařízení pro ověření kolektoru barbotážní nádrže JE Temelín
Zařízení slouží pro ověření parametrů nového kolektoru pro barbotážní nádrž
JE Temelín. Je třeba ověřit nárůst tlaku v nádrži a chování dvoufázového proudění
v nádrži.
36
Experimentální zařízení pro simulaci regulace výšky hladiny v nádrži
Zařízení slouží ke stanovení výšky hladiny v nádrži a jeho regulaci pomocí škrcení na
výtlaku čerpadla. Uzavřený regulační obvod je tvořen snímačem výšky hladiny, PID
regulátorem a elektricky ovládaným škrtícím ventilem jako akčním členem. Regulační
ventil na odtokovém potrubí horní nádrže slouží k nastavení rychlosti poklesu výšky
hladiny v nádrži s možností sledovat odezvu regulačního obvodu na změnu odběru
kapaliny.
Neutronová kamera
Hliníkové vodotěsné zařízení na scatter neutron tomografiii pro použití v jaderném
reaktoru. Vyrobeno z 6061 hliníku, svařeno ve speciální atmosféře, za použití 99.9999
procentního stínění. Umožňuje instalaci detektoru jak tepelných tak rychlých neutronů
a použití jak s komorou tak i bez ní. Testováno na hloubku 15m.
Funkční 1:1 model okraje reaktorové nádoby LWR
Funkční 1:1 model okraje reaktorové nádoby LWR reaktoru pro studium radiačních
vlastností na rozhraní železo-vzduch. Měnitelná geometrie i kompozice, vodotěsné
a nekorodující provedení.
37
Zařízení pro ověření kolektoru barbotážní nádrže JE Temelín
38
Experimentální zařízení pro simulaci
regulace výšky hladiny v nádrži
Katedra energetických zařízení, Fakulta strojní, TU v Liberci
Laboratoř CFD:
Katedra energetických zařízení disponuje
několika licencemi komerčního programu
Fluent (Ansys) pro numerické simulace
proudění. Tento program se využívá
především k výuce a také k řešení
některých projektů. Mimo komerčního
programu Fluent je také využíván
program Opean Foam a také byl vyvinut
vlastní kód pro simulaci proudění
nestlačitelných tekutin s turbulentními modely DDES, zvláště užívaný pro simulaci
proudění vodivých kapalin v rotačním magnetickém poli.
Vizualizace proudění oleje v ozubených převodech
V rámci spolupráce s firmami byl na katedře rozvíjen výzkum v oblasti vizualizace
a simulace proudění oleje v převodových skříních. Kdy byl sledován ostřik oleje
mechanicky namáhaných částí např. ložisek a místa záběru soukolí. S tím současně
byl sledován vliv kavitace na ozubení.
Měřící zařízení pro zjišťování charakteristik proudění v klimatizační jednotce
Katedra má relativně dlouhou tradici spolupráce s firmami, zabývajícími se výrobou
klimatizačních zařízení (GEA – Heat Exchanger, 2VV, Recutech). Katedra disponuje
různými zařízeními pro určení charakteristik proudění v klimatizačních soustavách.
Měření charakteristik proudění v ejektoru
Měřící trať pro měření charakteristik proudění v ejektoru je určena především pro
základní výzkum závislosti charakteru proudění (rychlost, tlak, objem přisátí vzduchu)
v závislosti na vstupní rychlosti ejektorové trysky, geometrii trysky atd.
39
Vizualizace proudění oleje v ozubených
převodech
Měřící zařízení pro zjišťování charakteristik
proudění v klimatizační jednotce
Ejektor
Ejektor - detail
Měřící zařízení pro optimalizaci akumulačních nádrží na teplou vodu
Toto zařízení je určeno především pro optimalizaci vnitřní geometrie nádrže, tak aby
nedocházelo k teplotnímu rozvrstvení v nádrži a aby teplotní nabíjení a vybíjení trvalo
co nejkratší dobu.
Termoakustický motor
V rámci výzkumu možností aplikace termoakustického motoru byl na katedře
postaven jeho model. Zkoumají se základní charakteristiky a vlastnosti samotného
zařízení, které mimo klasické termické výměny využívá i stojaté rezonance vzduchu
v zařízení.
40
Rychlostní clonková trať
Katedra má k dispozici malou clonkovou trať pro určení charakteristik malých
ventilátorů.
Měřící zařízení pro
optimalizaci akumulačních
nádrží na teplou vodu
Ry chlostní clonková trať
Termoakustický motor
Turbokompresor
Katedra disponuje měřící tratí pro zjišťování charakteristik proudění vysokých
rychlostí. Hlavní součástí zařízení je digitálně řízený turbokompresor s nominálním
výkonem 3500 m3 /h a přetlakem 1,5 bar.
Vizualizace vysokorychlostního proudění šlírovacím přístrojem
Katedra disponuje zařízením pro vizualizaci vysokorychlostního proudění pomocí
metody šlíru. Simulovaný kanál s tryskou je modelován z čiré hmoty (sklo,
plexisklo…) a přes tento kanál je propouštěno polarizované světlo, které na stínění
zobrazí tmavá místa v oblastech, kde v proudění vznikají vysoké gradienty tlaku –
především rázových vln.
Vizualizace pomocí nízko hladinové vany
Vizualizace proudění v modelovaných kanálech na hladké desce probíhá pomocí
malých světlých částeček, které jsou rozstřikovány na nízkou hladinu tmavé proudící
tekutiny na hladké desce s mírným hladinovým spádem.
41
Turbokompresor
Vizualizace vy sokory chlostního proudění
šlírovacím přístrojem
Vizualizace pomocí nízko hladinové
vany
Měření vlivu kavitace
Měření vlivu kavitace
K měření vlivu – mechanickému opotřebení pevných materiálů kavitací, je určen
především ultrazvukový kavitační generátor. Katedra provádí především základní
výzkum chování kavitačních bublinek – vznik a zánik kavitačních bublinek a vliv na
pevnou stěnu a zároveň interakcí kavitačních bublin s pevnou stěnou. Kromě
generování kavitačních bublinek pomocí ultrazvuku, je také k dispozici generátor
pomocí elektrického výboje.
42
Kalorimetr
Lamba metr
Laboratoř měření termomechanických veličin látek
Nejzajímavějšími exempláři měřících přístrojů pro zjišťování termomechanických
veličin látek jsou dva typy viskozitometrů – rotační a vibrační viskozitometr. Dva typy
kalorimetrů pro tuhá a kapalná paliva se spalováním čistým kyslíkem, lambdametr pro
určení tepelné vodivosti materiálu.
Laboratoř laserové anemometrie
Laboratoř laserové anemometrie disponuje zařízením pro měření rychlostí metodami
LDA a vizualizací vektorového pole proudění pomocí metody PID. Kromě laserového
zařízení je k dispozici i software pro zpracování vizualizací např. pro určení hodnot
vektorového pole.
43
Ústav elektroenergetiky, Fakulta elektrotechniky a
komunikačních technologií, VUT v Brně
Laboratoř výroby elektrické energie
Laboratoř je zaměřena na problematiku elektrárenství a provozu elektrických strojů. Disponuje sedmi
soustrojími (motor – generátory), které slouží v laboratorním měření k demonstraci práce
synchronního generátoru do distribuční sítě či sítě izolované. Studenti se v laboratorním měření
seznámí se způsoby řízení elektrických strojů a základními principy provozu synchronních generátoru
v sítích.
Laboratoř výroby el. energie
Motor-generátorické soustrojí
V rámci výzkumu obnovitelných zdrojů a možností jejich spolupráce Ústav elektroenergetiky
disponuje několika obnovitelnými zdroji elektrické energie. Na střeše budovy je umístěna malá
instalace polykrystalických fotovoltaických panelů, která je doplněna o přesné měření dopadajícího
záření pomocí pyranometru. Dále jsou na střeše umístěny dvě větrné turbíny, prvním typem je
klasická větrná elektrárna pracují na vztlakovém principu, druhá větrná turbína je typu Savonius
a pracuje na odporovém principu. Měření a vyrobená energie je od těchto zařízení odváděna do
solární laboratoře, kde jsou nainstalovány olověné akumulační baterie a tepelné čerpadlo. V přízemí
budovy B v areálu Technická 12 je umístěna další akumulační baterie. Jedná se o speciální typ –
Vanad – redoxová baterie, jejíž kapacita je závisí na objemu zásobníků roztoku vanadu a kyseliny
sírové, do kterého se akumuluje vyrobená energie. Jako záložní zdroj energie je do tohoto uzavřeného
systému připojena ještě kogenerační jednotka, která navíc vybavena ještě akumulační nádrží, tak aby
bylo možné akumulovat i tepelnou energie vyrobenou pomocí kogenerační jednotky.
Solární laboratoř
Solární laboratoř disponuje experimentálními modely fotovoltaických článku vyrobených pomocí
různých křemíkových technologií. Obdobné technologie jsou zastoupeny i ve formě celých panelů.
P ro účely měření fotovoltaických a solárních technologií jsou zde přístroje pro měření
radiometrických i fotometrických veličin, natáčecí systémy a různé systémy pro automatizované
měření v laboratoři i ve venkovních podmínkách. Tyto solární systémy doplňuje model tepelného
čerpadla.
44
Fotovoltaická elektrárna
Vztlaková větrná turbína
Kogenerační jednotka s akumulační nádrží
Savoniův větrný motor
Vanad – redoxová bater
Solární laboratoř
Akumulační sy stém (vepředu) s
tepelným čerpadlem (vzadu)
Laboratoře nekonvenčních přeměn a elektrotepelné techniky
Laboratoř poskytuje prostředky pro základní výzkum a výuku v problematice nekonvenčních přeměn
energie, které jsou využitelné v oblasti energetiky. Jde především o elektrochemickou,
termoelektrickou, termochemickou, ale i termomechanickou či elektromechanickou. Laboratoř je
vybavena moderními typy nízkoteplotních membránových palivových článku a elektrolyzérů, které
využívají jako palivo vodík. Dále pak staršími palivovými články na KOH. Dále jsou k dispozici
P eltierovy články různých rozměrů, demonstrační jednotka se Stirlingovým motorem
či experimentální model Savoniova motoru. V oblasti akumulace disponuje laboratoř různými typy
akumulačních baterií od olověných až po moderní články LiFeP o4 a sáčky s tepelně chemickým
akumulačním médiem. Laboratoř elektrotepelné techniky je vybavena zařízeními pro zkoumání jevů
v oblastech kalorimetrie, přenosu tepla a výpočtů topných systémů uzavřených topných článků.
Laboratoř rovněž umožňuje provádění kalibrace teplotních čidel při měření teploty a ověřování
účinnosti různých tepelných ohřevů. Laboratoř je vybavena přístroji pro bezkontaktní měření
vysokých teplot na principu vláknového pyrometru, termočlánkovými a odporovými teploměry,
45
vakuovou sušárnou, kalorimetrem a v neposlední řadě i bezkontaktním radiačním teploměrem
RAYTEK.
Laboratoř elektrických sítí
Laboratoř elektrických sítí disponuje
modely různých typů elektrických sítí od
napěťové hladiny 400 kV až po modely
distribučních sítí 400 V, zároveň tato
laboratoř disponuje několika modely
kompenzačních jednotek, tak aby mohly
být simulovány různé stavy sítí, které se v
Kalorimetr
Vakuová sušárna
běžné praxi vyskytují. Zároveň laboratoř
disponuje i modelem stejnosměrné sítě pro zkoumání zkratových poměrů v síti. K dispozici jsou
v současnosti v laboratoři modely kompenzace manuální stupňovité, automatické stupňovité
a automatické plynulé regulace SCV.
Laboratoř el. sítí
Modely sítí, boxované multimetry SMP44 a
regulátor NOVAR 1104
Laboratoř elektrických ochran
Laboratoř elektrických je využívána pro demonstraci historických a současných způsobů ochrany
elektrických zařízení v případech, kdy se vyskytne v elektrizační síti nestandardní stav, který by mohl
zapříčinit poškození nebo zničení chráněného zařízeni. Laboratoř je zaměřena zejména na ochrany
zařízení, které se vyskytující v přenosových a distribučních sítích tj. generátory, transformátory
a venkovní a kabelová vedení. Z toho důvodu je laboratoř vybavena staršími typy klasických
reléových distančních ochran, ale i moderními číslicovými a digitálními ochranami včetně několika
generátorů testovacích signálů.
Laboratoře diagnostiky, kvality elektrické energie a EMC
Laboratoř diagnostiky se zaměřuje na základní diagnostické postupy, kam patří rozpoznávání příčin
vad, stanovování poruch a jejich spojitostí. Mezi podrobněji zkoumanou problematiku patří
zjišťování stavu zařízení pomocí diagnostiky hlukových emisí, zjišťování vnitřního stavu vinutí
elektrických točivých strojů pomocí rázové vlny, diagnostika poruchy kabelových vedení pomocí
46
refraktometru, vyhledávání rozvíjejících se poruch pomocí termo kamery a diagnostika vibrací
točivých stojů pomocí akcelerometru.
Laboratoř el. ochran
Stínící kobka s vy sokonapěťovým
generátorem Tectra TRANSIENT
2000
Ochranné vývodové terminály
Rázový generátor PSG 204 A
Termovizní kamera
FLIR SG
Laboratoř kvality elektrické energie slouží ke zkoumání různých typů nízkofrekvenčního rušení,
elektromagnetické kompatibility spotřebičů v nízkofrekvenční oblasti a možností zpětného rušení
spotřebičů. Dále se specializuje na měření v oblasti nízkofrekvenčního elektromagnetického rušení
šířeného po vedení, které souvisí s kvalitou elektrické energie. V rámci této laboratoře je možné
zabývat se podmínkami dodávky kvalitní elektrické energie, mechanizmy a zdroji nízkofrekvenčního
rušení šířeného po vedení a principy a postupy zajištění slučitelnosti spotřebičů s napájecí sítí.
Laboratoř ionizujícího záření
Ionizační laboratoř slouží k získávání základních poznatků o různých druzích ionizačního záření.
V rámci této laboratoře je možné zkoumat možnosti šíření, stínění a vlastnosti různých typů
ionizačního záření. Pro různé typy měření je laboratoř vybavena sadou měřících a osobních dozimetrů
a pro stanovení hmotnosti vzorků i přesnými váhami, které měří s přesností na 0,0001g. Zároveň je
vybavena všemi potřebnými prostředky pro zacházení s nevýznamnými zdroji ionizujícího záření,
takže lze v podmínkách laboratoře prakticky vyzkoušet i všechny standardní manipulace s různými
typy zářičů. Pro tyto účely laboratoř disponuje gama spektrometry LaBr3 (Ce) s krystalem 1x1x1
palec a NaI (Tl) s krystalem 4x4x4 palce, detektorem alfa/beta záření RadEye HEC, více účelovým
detektorem povrchové kontaminace RadEye BR-20 ER, sadou osobních dozimetrů a dvěma přesnými
váhami KERN s vnitřní kalibrací.
47
Laboratoř kvality el. en. a EMC
Souprava pro měření asy nchr. motoru s
frekvenčním měničem
Přesná váha KERN, detektor alfa/beta záření
RadEy e HEC
Gama spektrometr NaI (Tl)
Laboratoř vysokého napětí
V rámci Vědeckotechnického parku profesora Lista disponuje Ústav elektroenergetiky laboratoří
vysokého napětí. V této laboratoři je možno provádět zkoušky zařízení a výzkum v oblasti vysokých
napětí pomocí vysokonapěťového transformátoru, který poskytuje napětí 300 kV a proud 1 A. Dalším
špičkovým vybavením je rázový generátor, který díky 100 kV nabíjecí jednotce a systému
kondenzátorů umožňuje vytvořit napěťový impuls o velikosti až 1 000 000 V. Tento generátor je
vybaven ještě usekávacím jiskřištěm, které zajišťuje oříznutí testovacího impulsu. Vysokonapěťová
laboratoř je vybavena velmi kvalitním stíněním, tak aby neovlivňovala vnější zařízení, ale hlavně aby
okolní rušení neovlivňovalo samotný průběh zkoušek. Díky tomuto stínění lze v laboratoři též
zkoumat problematiku částečných výbojů.
Nabíjecí 100 kV jednotka (vlevo), rázový generátor
(uprostřed), usekávací jiskřiště (vpravo vzadu), měřící
kondenzátor (vpravo vepředu)
Vy sokonapěťový generátor a měřícími
kondenzátory
48
Energetický ústav, Fakulta strojního inženýrství, VUT v Brně
Analýza vlastností paliv
Přístrojové vybavení laboratoře umožňuje u kapalných a tuhých paliv stanovit vlhkost
paliva, spalné teplo, teplotu vznícení, teplotu vzplanutí, viskozitu, teploty měknutí,
tání a tečení popelovin, lisovatelnou paliv, mechanickou pevnost lisovaných paliv,
velikostní distribuci drobných tuhých frakcí.
Přístrojové vybavení laboratoře:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Kalorimetr IKA C200
Halogenové sušící váhy KERN MLS
Laboratorní sušárna VENTICELL
Hydraulický laboratorní lis BSL
Elektrická pozorovací pec 0116E
Přístroj pro měření vznícení kapalin
Přístroj pro měření teploty vznětlivosti pevných látek
Digitální rotační viskozimetr VISCO STAR plus
Přístroj pro stanovení minimální teploty vznícení rozvířeného uhelného prachu
Zkoušení a vývoj kotlů, kamen a lokálních topidel na tuhá paliva malých výkonů
Laboratoř spalování je vybavena měřícím
koutem pro kompletní měření lokálních topidel
na tuhá paliva do výkonu cca. 50 kW. Zkušební
kout umožňuje měření dle platných evropských
norem a národních předpisů. Kout je vybaven
chladící smyčkou pro odvedení tepelného
výkonu
s přímým
měřením
účinnosti,
variabilními komínovými nástavci pro regulaci
tahu komína a měření teploty a složení spalin.
Složení spalin je možné měřit v on-line i off-line
režimu.
Při měření je topidlo umístěno na váhový most,
který umožňuje přesné sledování úbytku paliva
s přesností 20 g. V rámci měření je možné
49
měření povrchových teplot dotykových částí kamen a měření oteplení okolních
povrchů pomocí měřící desky. Veškerá data jsou zaznamenávána pomocí modulárního
měřícího programu, který umožňuje detailní zpracování naměřených dat. Na základě
získaných poznatků je možné navrhnout případné úpravy pro zlepšení parametrů
testovaných zařízení.
Termovizní měření
Termovizní technika a termogravimetrická měření jsou s úspěchem používány již
dlouhou dobu v celé řadě oborů a odvětví. Velmi často je dnes termovizní technika
používána k diagnostice teplotních profilů budov a stavebních objektů. Tato
technologie má však celou řadu dalších praktických využití ve strojírenství,
elektrotechnice nebo energetice. Pomocí termokamery lze snadno zobrazit rozložení
povrchových teplot na měřeném objektu a odhalit tak místa, kde dochází k přehřívání
(zvýšeným teplotám) na povrchu např. částí elektrických rozvodů a záření.
Laboratoř umožňuje měření pomocí kamery FLIR SC 660. Infračervené kamery FLIR
řady SC umožňují on-line snímání a záznam změn teplotních polí v reálném čase
s možností jejich vyhodnocení, což umožňuje provádět komplexní měření pro získání
požadovaných dat. Naměřené údaje jsou pak analyzovány pomocí programů, které
zabezpečí maximální možné zpracování a analýzu výsledků.
Měřící stolice tepelných strojů
Zkušební kout malých parních zařízení je určen
pro zkoušky daných parních strojů a zařízení
daných parametrů (motory, turbíny, ventily,
apod.). Zkušebna disponuje externím zdrojem
páry a zařízením pro maření zbytkového tepla.
Přínosy zařízení:
• Analýza nestacionárního proudění páry
ve stroji
• Stanovení ztrát zařízení, resp. účinnosti
stroje
• Stanovení spotřební charakteristiky zařízení
50
Aplikace využívající termoelektřiny
Termoelektrická zařízení jsou využívány pro přímou přeměnu nízko a středně
potenciálního odpadního tepla v elektřinu. Tato přeměna, na rozdíl od běžných
energetických zařízení, probíhá v pevných látkách, u kterých funkcí pracovní
„kapaliny“ plní nosiče elektrického náboje. Pro tato zařízení je tak typický provoz bez
chemických látek a pohyblivých částí, jejich jednoduchost, spolehlivost a dlouhá
životnost. V souvislosti se vzrůstajícími cenami paliv a zájmem o technologie šetrné
k životnímu prostředí se stává trendem využívat termoelektrických zařízení
a termoelektřiny z odpadního tepla jako zdroje elektrické energie.
Pracoviště je vybaveno experimentální měřící aparaturou, umožňující stanovení
provozních parametrů termoelektrických generátorových modulů a vyhodnocování
jejich vhodnosti pro konkrétní termoelektrické aplikace.
Experimentální zplyňovací jednotka Biofluid 2
Experimentální stend Biofluid 2 je atmosferický fluidní zplyňovací generátor. Jako
palivo lze použít biomasu ve formě pelet, řezanky či dřevní štěpky a některé druhy
odpadů. Zařízení slouží k výzkumu procesu zplyňování biomasy a odpadů, čištění
plynu a spalování nízkovýhřevných plynů.
Přínosy zařízení:
•
•
•
•
Výzkum procesu zplyňování ve fluidním loži
Výzkum vhodnosti zplyňovacího média – vzduchu, vodní pára, kyslík
Výzkum katalytického čištění energoplynu
Vývoj spalovacích komor a hořáků na nízkovýhřevný plyn
51
• Využití biomasy pro energetické účely
Experimentální spalovací jednotka GEMOS 110 kW
Experimentální spalovací jednotka je vhodná pro testy nových alternativních paliv,
vývoj a testování systémů měření a řízení spalovacích zařízení, výzkum v oblasti
oxického spalování a snižování emisí ze spalování biomasy a odpadů.
Přínosy zařízení:
• Testování nových paliv a stanovení optimálních podmínek pro jejich spalování
• Výzkum omického spalování, snižování emisí ze spalování biomasy a odpadů
• Testování systémů řízení kotlů, systémů čištění spalin
52
Hodnocení přestupu tepla v komponentech energetických zařízení
Pracoviště je vybaveno měřící aparaturou umožňující experimentální stanovení
přestupu tepla na skrápěných trubkových svazcích, které představují klíčový
komponent tepelných absorpčních oběhů. Hodnocení je možno provádět
za atmosférického tlaku a v podtlaku. Nejnižší dosažitelný tlak ve zkušební
podtlakové komoře je 2,5 kPa absolutního tlaku. Další experimentální zařízení
umožňuje stanovit součinitele přestupu tepla na povrchu rotujících předmětů. Toto
zařízení je užíváno např. pro stanovení součinitele přestupu tepla na různých částech
rotorů parních turbín. Konkrétní měření jsou orientována i na labyrintové ucpávky
páry.
53
Katedra energetiky, Fakulta strojní, VŠB-TU Ostrava
Laboratoř kompresorů a čerpadel
Experimentální pracoviště. 4 kompresory, 3 čerpadla, clonová trať, možnost
vizuálního měření i automatizovaného sběru dat. Tlakové převodníky Honeywell,
teplotní čidla termoelektrická typ K, odporová Pt100, čidlo tlakového rosného bodu
atd. Frekvenční měnič, měření elektrického příkonu Metra. Sběr dat systémy ADAM
Advantech, National Instrument.
Solární laboratoř – Fotovoltaická elektrárna 20 kWp
Experimentální / monitorovací pracoviště. 4 ks solárních kolektorů, 1 ks
fotovoltaického panelu 40 W p Si-amorfní, 1 ks FV elektrárny 20 kW p Si-monokrystal.
2x Pyranometr CM11 Kipp & Zonen, (globální/difusní), detektor přímého slunečního
záření SD6, anemometr, hmotnostní průtokoměr Siemens MassFlow, teplotní
a tlakové převodníky. Digitální wattmetr Yokogawa WT210. Analyzátor kvality
elektrické energie ENA330/BK-ELCOM. Automatizovaný sběr dat systém ADAM
Advantech.
Aerodynamický tunel
Experimentální pracoviště. Aerodynamický
tunel, měřicí část o průměru 500 mm,
rychlost proudící vzdušiny 20 m/s.
Ventilátor s elektromotorem regulovaným
frekvenční měničem. Digitální diferenční
mikromanometr Airflow MEDM 500,
barometr Ahlborn, Prandtlova sonda,
teplotní čidla. Aerodynamický tunel slouží
převážně pro měření tlakových ztrát.
Bezkontaktní měření teplot
Termovizní kamera ThermaCAM SC 2000, Flir – parametry: detektor 320x240
pixelů, přesnost měření ±2 °C, rozlišovací schopnost 0,08 °C, spektrální citlivost
7,5 až 13 μm.
54
Termovizní kamera Flir SC 640 (2010 model) – parametry: detektor 640x480 pixelů,
přesnost měření ±2 °C, rozlišovací schopnost 0,03 °C, spektrální citlivost 7,5 až
13 μm, teplotní rozsah -40 °C – 2000 °C. Výměnný objektiv (12° a 24°). Rozšířené
možnosti měření povrchových teplot, tepelné diagnostiky, kontrola tepelných ztrát
apod.
Infračervené teploměry až do 3000 °C.
Kalorimetrická měřící trať
Pro měření účinnosti výměníků vzduch-vody (vzduch-glykol+voda), převážně však
pro měření kompaktních vlnovcových výměníků s automatickým kapalinovým
modulem - glykol/voda musí splňovat následující kritéria:
Velikosti vzorku je 100x100 mm. Měřící aparát hmotnostního toku vzduchu musí
pokrýt rozsah měřitelnosti 4 - 100 m3/h a 30 - 800 m3/h. Nejistota určení
hmotnostního toku nesmí přesáhnout 1,2% rdg. Je požadována shoda s normou ISO
5167 nebo s jinými příslušnými normami měřidel.
Kapalinový okruh musí být navržen tak, aby zajišťoval řiditelný průtok kapaliny
s cílem přenést tepelný výkon z měřeného vzorku výměníku do velikosti cca. 5 kW,
a to proporcionálně řiditelně.
Zkušebna malých kotlů VEC
Experimentální pracoviště. Automatizovaný sběr dat, plně vybavená zkušebna
(průtokoměry, teplotní a tlaková čidla, čidla vlhkosti, váhy, analýza spalin ap.)
55
Tepelná čerpadla VEC, malý polygon
Experimentální / monitorovací pracoviště. Automatizovaný sběr dat, hmotnostní
průtokoměry Siemens MassFlow (2x vrty, 1x topný systém), teplotní čidla a tlaková
čidla včetně snímání tlaků a teplot chladicího oběhu.
Měření teplotní odezvy horninového masivu v rámci primárního okruhu tepelných
čerpadel.
Tepelná čerpadla, velký polygon
Monitorovací pracoviště. Automatizovaný sběr dat. Monitorování provozu systému
tepelných čerpadel včetně teplotní odezvy horninového masivu v rámci primárního
okruhu vrtů šachtice č. 4.
Experimentální klimatizační laboratoř – CPIT
Pracoviště pro numerické modelování fyzikálních jevů a LCA analýzy.
Experimentální pracoviště. Plně vybavená zkušebna chladicích, klimatizačních
zařízení a tepelných čerpadel vzduch-vzduch, nebo vzduch-voda. Dvě samostatně
regulovatelné klimatizační komory (teplota, vlhkost) pro umístění výparníků resp.
kondenzátorů. Automatizovaný sběr dat.
Pracoviště je vybaveno výpočetními stanicemi pro matematické modelování
fyzikálních a chemických dějů s využitím CFD a DEM softwarů. Součástí je také
programové vybavení pro posuzovaní životního cyklu (LCA).
Pracoviště pro měření parametrů spalin a proudění
Analyzátor spalin TESTO 335 + odběrová sonda, Prandtlova trubice, Software Easy
Emission, detektor plynů Testo 316-1, endoskop Testo 319-1, vlhkoměr Testo 606-2,
teploměr 830-T2 set
Laboratoř pro výzkum spalování pevných paliv
Úsek je vybaven systémem pro výzkum spalování alternativních pevných paliv.
Zkušebnu tvoří kotel Verner (25 kW), rozvody chladicího média a chladicí jednotky.
Součástí jsou měřící zařízení pro komplexní stanovení parametrů spalinové trati (vč.
odběru popílku) a parametrů chladicího okruhu.
56
Pracoviště pro provoz a diagnostiku tepelně - energetických zařízení disponuje
následujícím vybavením:
Emisní měřicí vůz IVECO vybavený analyzátory emisí firmy Hartmann & Braun
a Siemens pracující na principu absorpce infračerveného spektra pro stanovení
koncentrací CO, SO2, NOx a analyzátor pracující na principu paramagnetických
vlastností kyslíku pro stanovení koncentrace O2 , FID analyzátor pro měření CxHy.
Dva měřicí vozy Fiat Ducato vybavené aparaturou pro speciální měření a měření
tuhých znečišťujících látek.
Speciální přístroje pro energetiku jako speciální chlazené sondy s operační délkou až
6 m pro měření rychlostních, koncentračních a teplotních polí ve spalovacích
komorách, příprava pro denitrifikační metody SNCR, aparatura pro diagnostiku
mlecích okruhů a odběr uhelného prášku, měřicí systém firmy National Instruments,
termovizní diagnostika s termovizní kamerou, tlakové snímače firem Rosemount
a Yokogawa s digitální komunikací Field Bus, rychlostní sondy (Prandtlovy, klínové,
válcové), vrtulkové a žárové anemometry pro měření průtoku, měření teplot
v širokém rozsahu, termočlánky R,B,S,K, přesné teploměry Pt s možnosti
kontinuálního záznamu měřených hodnot a aparatura pro měření rosného bodu.
Odborná skupina energetických strojů, obnovitelných a alternativních zdrojů
energie se ve své hlavní náplni zaměřuje na činnosti vedoucí k racionalizaci
a zvyšování efektivnosti provozu energetických výroben a energetických strojů, ke
snížení spotřeb energií a energetických ztrát. Pro tuto činnost je vybavena měřicí
technikou:
57
Dva měřicí systémy fy Solartron Schlumberger a Advantech pro automatické
monitorování, vizualizaci a záznam měřených fyzikálních veličin (teplot, tlaků,
průtoků, apod.), které disponují tlakovými snímači přetlaků, diferenčních
a absolutních tlaků fy Honeywell, teplotními čidly, což mohou být plášťované
termočlánkové teploměry 1.třídy přesnosti, tyčové odporové teploměry a párové
odporové teploměry Pt100 třídy přesnosti A, nebo kulový teploměr. Dva přenosné
příložné ultrazvukové průtokoměry fy Panametrics a Krohne pro měření průtoků
kapalin v kruhových potrubích od ø 25 až 3000 mm. Snímače relativní vlhkosti, čidlo
pro měření rosného bodu v tlakovém vzduchu. Čidla intenzity slunečního záření
a digitální detektor přímého slunečního záření.
58
Ústav energetiky, Fakulta technologie a ochrany prostředí,
VŠCHT Praha
Ústav energetiky disponuje několika laboratořemi vybavenými řadou přístrojů
nezbytných pro komplexní výzkum v oboru. Rozdělení laboratoří a jejich vybavení
odpovídá jednotlivým oblastem vědecko-výzkumných aktivit ústavu - voda - analýza,
úprava vody ionexy a membránové separační metody; materiály - elektrochemie,
protikorozní ochrana a materiály; paliva - zpracování biomasy, analýza odpadů
a paliv; alternativní zdroje energie - efektivita využití biopaliv, kvalita aglomerace
biopaliv.
Elektrochemie, protikorozní ochrana a materiály
Pro výzkum v oblasti elektrochemie, protikorozní ochrany a materiálů jsou vybaveny
tři laboratoře Ústavu energetiky - experimentální smyčky, elektrochemická laboratoř
a materiálová a korozní laboratoř.
Experimentální smyčky
Laboratoř je vybavena trhacími stroji a řadou experimentálních smyček s autoklávy
pro studium korozních a mechanických vlastností materiálů za podmínek, které
simulují reálné průmyslové prostředí, tzn. vysoké teploty, tlaky, mechanická namáhání
a přítomnost různě korozně agresivního prostředí. Dále je laboratoř vybavena přístroji,
které umožňují jednak in-situ sledování průběhu experimentů a tedy korozního
chování materiálu, ale také ex-situ analýzu.
Instron 1362: Mechanický trhací stroj vybavený autoklávem Baskerville pro testy korozního
praskání nebo únavy za podmínek vysokých teplot a tlaků (až 300°C a 15MP a). Autokláv lze
také použít pro samostatnou expozici vzorků bez mechanického namáhání.
Cortest: Mechanický trhací stroj konstruovaný pro testy s pomalou rychlostí deformace, (SSRT
- Slow Strain Rate Test). Trhací stroj lze doplnit autoklávem, který umožňuje provedení testu
v požadovaném prostředí pod tlakem.
SCW autokláv: Experimentální smyčka s SCW (Super Critical Water) autoklávem umožňující
expozici vzorků v podmínkách tzv. superkritických kotlů, tj. až 600°C a 30MP a. Zařízení
umožňuje i dlouhodobé expozice.
Autokláv Cortest: Experimentální smyčka vybavená autoklávem pro expozici vzorků v prostředí
vody při teplotách až 290°C a tlaku 10MP a. Zařízení umožňuje díky speciálně vyvinutému
nosiči vzorků (pracovní elektrodě) in-situ elektrochemická měření, zejména EIS a ECNM.
59
Gamry PC4/750: Integrovaný elektrochemický multisystém (potenciostat, galvanostat, ZRA)
umožňující široké spektrum elektrochemických měření. Vzhledem k vysoké citlivosti je vhodný
pro EIS a díky funkci ZRA i pro ECNM.
Instron 1362
Cortest
SCW Autokláv
Autokláv Cortest
Gamry PC4/750
60
Elektrochemická laboratoř
Laboratoř se zabývá studiem koroze a protikorozní ochrany v širokém spektru
prostředí energetického, palivářského a chemického průmyslu. Experimentální
vybavení umožňuje provádění běžných korozních testů (podle norem ISO a ASTM),
ale je orientováno též na měření za náročných experimentálních podmínek - například
studium koroze ve velmi málo vodivých prostředích (koroze a inhibice koroze
v roztocích glykolů), koroze za přesně definovaných hydrodynamických podmínek,
studium lokálního korozního napadení, galvanická koroze, studium korozních
charakteristik ochranných vrstev (pasivních a oxidických filmů, vrstev a nátěrů
organické i anorganické povahy). Vedle řady elektrochemických technik je ke studiu
povrchů aplikována rovněž optická mikroskopie.
Materiálová a korozní laboratoř
Vědeckovýzkumné aktivity a tudíž i vybavení laboratoře je zaměřeno na návrhy
a optimalizaci materiálových řešení pro různá prostředí v energetických a chemických
výrobnách, včetně vývoje a zkoušení povlaků a nátěrů vytvářených fyzikální či
chemickou cestou. Přístrojové vybavení umožňuje zkoušení vlastností materiálů až do
teplot 1000°C na vzduchu, v plynech a v taveninách solí a louhů. V kapalných
prostředích do teplot bodu varu, přičemž se může jednat také o agresivní roztoky jako
kyseliny, louhy či oxidanty. Zkoušky se řídí podle domácích či zahraničních (ISO,
ASTM) norem.
Gamry PCI4/750 je integrovaný elektrochemický multisystém umožňující široké spektrum
elektrochemických technik, mezi které patří vedle měření při řízeném potenciálu nebo proudu
také funkce bezodporového ampérometru (ZRA - Zero Resistance Amperometer). Vzhledem
k vysoké citlivosti je vhodný pro měření elektrochemické impedanční spektroskopie a díky
režimu ZRA i pro elektrochemický šum.
Vallen Systeme AMSY 5: Systém pro měření akustické emise – dvoukanálový s parametrickým
vstupem, piezoelektrické snímače, systém je určený pro detekci diskrétních událostí AE tak
i šumu zejména v laboratorních podmínkách.
Analýza vody, ionexy:
Analytická laboratoř je vybavena několika přístroji, nezbytných zejména pro výzkum
v oblasti analýzy, úpravy vody ionexy a membránových separačních metod.
61
Dionex ICS 1000: Iontový chromatograf vybavený analytickou předkolonou a kolonou
s anexovou stacionární fází pro analýzu aniontů. Citlivost přístroje je zvýšena
zařazením supresoru.
Analýza aniontů: fluoridy, chloridy, dusitany, bromidy, dusičnany, fosfáty, sírany
ICP-OES Optima 2000: Optický emisní spektrometr s indukčně vázanou plazmou, umožňuje
stanovení 68 prvků periodické soustavy. Detekční limity jednotlivých prvků se liší, u některých
lze dosáhnout detekčního limitu až 3 µg.dm-3.
SpectrAA 220 Varian: Dvoupaprskový atomový absorpční a emisní spektrometr, tzn. porovnává
2 paprsky získané dělením zdrojového záření rotujícími zrcadlovými segmenty. Jeden paprsek
prochází přes absorbující prostředí a druhý (srovnávací) mimo.
• atomová absorpce: Ca, Mg, Cu, Zn, Cd, P b, Cr, Ni, Cr, Mn, Fe, Co, ...
• atomová emise: K, Na
Cecil CE 2041: Spektrometr pro viditelnou a ultrafialovou oblast spektra, měří v oblasti
vlnových délek od 190 nm do 990 nm. Umožňuje stanovení např. dusičnanů, amonných iontů,
fluoridů, fosforečnanů, síranů, křemičitanů, hliníku, dusitanů, organických látek aromatického
charakteru, atd. Dále umožňuje měření změny absorbance v závislosti na čase, skenování
spektra na vlnové délce.
Analýza odpadů, paliv a biopaliv
V této laboratoři probíhá studium spalování biomasy, alternativních paliv a odpadů,
které spočívá v rozborech paliv a modelování spalovacích procesů. Kromě uvedených
zařízení je také součástí laboratoře prosívací zařízení AS 200 (k prosívání, sítové
analýze a vytvoření rozsevové křivky), mlýn SM2000 (k mletí a homogenizaci
veškerých vzorků určených k analýze od biomasy, uhlí, plast, papír, až po drobný
plechový materiál) a pec LH 06/13 (až do teploty 1345 °C)
IKA C 2000: Kalorimetr vybavený samostatným chladičem vody KV500 určený pro
stanovování spalného tepla a výhřevnosti pevných a kapalných paliv.
GA 60: P řenosný analyzátor spalin vybavený přídavným chladičem spalin a vyhřívanou sondou.
Je schopen stanovit koncentrace CO, CO 2, O 2 a NO x ve spalinách.
Laboratoř alternativních zdrojů energie
SDT Q600: Simultánní termická analýza do teplot 1500°C. DSC kalorimetrie – detekce
termodynamických změn měřením tepelné energie nutné ke kompenzaci rozdílu teplot mezi
vzorkem a referenční látkou. Metoda poskytuje kvalitativní i kvantitativní informaci
62
o endotermních a exotermních procesech. TGA termogravimetrie – detekce váhových změn
(jako funkce teploty) měřením termogravimetrické křivky a její první derivace umožňující lepší
rozlišení jednotlivých procesů.
Niton XL3t: Ruční rentgenově fluorescenční analyzátor se stolním držákem, nedestruktivní
elementární analýzu prvků od Mg v periodické tabulce dál. Široké spektrum využití:
geochemický a důlní průzkum, analýza složení slitin, kovového odpadu, přídavných materiálů
ve svarech, detekce těžkých kovů v hračkách, špercích, plastech, RoHS
Nicolet iS10: FTIR spektrometr určený pro střední infračervenou oblast 7800-350 cm-1.
Spektrální rozlišení 0,4 cm-1, rychlost scanu 1 scan za sekundu. ATR (zeslabená totální
reflektance) nástavec pro měření vzorků silně absorbujících infračervené záření. Ovládací
software Omnic. Molekulární spektroskopická detekce prášků, kapalina a plynů
MW S-2: Tlakové rozkladné zařízení, mineralizace pevných z kapalných vzorků pomocí
mikrovlnného záření. Bezkontaktní měření teploty rozkladné směsi v teflonových nádobkách –
možnost použití libovolné směsi kyselin (H 2SO 4, HF, ....)
V rámci centrálních laboratoří jsou dostupné následující techniky:
Drsnoměr, Série SJ 400 od firmy Mitutoyo: Měření drsnosti
povrchů a měření profilů, vyhodnocovací software, hodnocení
podle různých norem.
XPS Omicron Nanotechnology, ESCA Probe P: Systém pro
povrchovou analýzu s monochromatizovaným zdrojem RTG
záření, vybavený dvěma iontovými děly, kompenzací nabíjení
vzorků a řadou dalších komponentů.
Univerzální přístroj pro analýzu povrchů,
možností stanovení hloubkových profilů.
včetně
Nejčastěji řešené problematiky:
•
•
•
•
•
Oxidační stavy katalyzátorů
Stavy povrchů na organických materiálech
Korozní vrstvy
Vrstvy vyvíjené pro chemické senzory
Materiály pro elektroniku s využitím možností měření koncentračních profilů
63
Katedra elektroenergetiky a ekologie, Fakulta
elektrotechnická, ZČU v Plzni
Energetika
V laboratoře energetiky jsou určeny pro výzkum nových technologií v oblasti
výroby rozvodu a distribuce elektrické energie či tepla, na matematické
modelování
a
optimalizace
energeticky
náročných průmyslových
systémů. V oblasti výroby elektrické energie se věnuje výpočtům, modelování
uhelných a plynových elektráren nebo sekundárního okruhu jaderných elektráren
z pohledu optimalizace energetické účinnosti, dynamiky a kvality regulace dílčích
systémů vlastní spotřeby elektráren. Významnou doménou skupiny je také
modelování a optimalizace vodních elektráren se specializací na optimalizaci řízení
paralelního chodu turbín.
Dalšími pilíři výzkumného programu laboratoří jsou simulace a modelování
elektrických distribučních a přenosových sítí, zkratové výpočty, spolehlivostní
výpočty a bezpečnost především v oblasti jaderné energetiky. Mezi portfolio aktivit
skupiny patří i vytváření výpočtových počítačových modelů mechanických
a elektromechanických konstrukcí včetně simulace provozních i nežádoucích stavů
konstrukcí a rotujících strojů
Elektrotechnická laboratoř - ETL (akreditovaná zkušební laboratoř č. 1090)
Laboratoř nabízí řadu zkoušek v oblasti elektrotechniky. Pro převážnou většinu z nich
je ETL akreditována Českým institutem pro akreditaci podle normy ČSN EN ISO
17025. ETL disponuje speciálním vybavením pro provádění těchto zkoušek a
zkušenými odborníky v jejich provádění. Laboratoř EMC elektronických systémů
poskytuje předcertifikační měření EMC elektronických systémů podle souboru norem,
především rušivých emisí vedením do 30 MHz, vyzařováním do 1 GHz
a elektromagnetické odolnosti.
• Měření vlastností odrušovacích prostředků.
• Konzultační a expertní činnost v oblasti EMC elektronických systémů.
Protokoly laboratoře ETL o provedených zkouškách lze využít jako podklad
pro prokázání shody podle zákona č. 22/97 Sb. i pro používání značení shody CE.
64
Zkoušky provádíme buď kompletní podle příslušné technické normy, nebo i jen dílčí
podle zákazníkova zadání, což je výhodné zejména pro ověření výrobku
v předvýrobní etapě.
Zkoušky prováděné podle technických předpisů:
• České harmonizované technické normy
• České technické normy
• Evropské normy EN
• Mezinárodní normy IEC
• Národní technické normy
• Technický předpis zákazníka
• Speciální metodiky
Mnohé ze zkoušek je možno provést přímo u zákazníka. Nabízíme i využití měřicího
zařízení ETL včetně personálu pro provádění zkoušek za přítomnosti představitelů
zákazníka.
Laboratoř je vybavena stíněnou bezodrazovou komorou s měřicí vzdáleností 3 m
a frekvenčním dosahem 18 GHz, měřicím přijímačem 9 kHz - 1 GHz, sestavou
měřicích antén s rozsahem 30 MHz - 2,7 GHz, spektrálním analyzátorem 9 kHz - 3
GHz, jednofázovou umělou sítí 16 A/ 150kHz - 30 MHz, RF zesilovačem 15 W/ 150
kHz - 1 GHz, třífázovým analyzátorem kvality sítě a EFT generátorem 5/50 ns.
65
Laboratoř spínacích a řídicích přístrojů NN
Pracoviště elektrických přístrojů provádí testování spínačů, jističů, relé NN. Tyto
zkoušky jsou důležité pro ověření správné činnosti jisticích a spínacích zařízení.
Zkoušky zařízení:
• Vybrané zkoušky zařízení informačních technologií dle ČSN EN 60950-1.
• Vybrané zkoušky spínačů dne norem ČSN EN 60947.
• Testování jističů, relé a spínacích zařízení
Používaný zdroj proudu Megger: 0-500A /3,5V; 0-125A /14V a 0–25A/ 70V.
Laboratoř elektrotepelné technika
Pracoviště
nabízí
poradenskou,
konzultační a inženýrskou činnost
v oblasti
elektrotepelné
techniky.
Skupina se zaměřuje zejména na
numerické simulace tepelných procesů,
problematiku vytápění objektů i měření
a vyhodnocování tepelných poměrů.
Nabízené služby:
• Návrhy řešení problémů z oblasti
elektrotepelné techniky:
66
•
•
•
•
•
•
•
o Indukční ohřevy, návrhy induktivních ohřevů strojních nástrojových zařízení,
modelování a simulace jevů při ohřevech elektromagnetickou indukcí,
o Odporové ohřevy, elektrické vytápění.
Návrhy systémů pro monitorování teplotních polí u reálných zařízení.
Optimalizace vytápění průmyslových, komerčních i občanských objektů.
Numerické simulace teplotních, elektromagnetických a deformačních polí,
simulační výpočty tepelných poměrů.
Měření povrchových teplot bezdotykově (k určování tepelných ztrát nebo sálavé
účinnosti elektrických panelů).
o Pyrometr Kleiber: rozsah 300 až 2300°C, spektrální roz- sah 1,58 až 2,5 μm,
měřicí vzdálenost 400 až 3000 m.
o Pyrometr Omegascope: rozsah –18 až 900°C, měřicí vzdálenost 132 mm až do
59 m.
Infračervený teploměr Optris LS: rozsah –35 až 900°C, měření objektu malého až
1 mm.
Vysokofrekvenční generátor Linn HTG 3000
o Rozsah frekvence 0 až 400 kHz, výkonový rozsah 0 až 3 kW.
o Použití na např. na tavení neferomagnetických a vzácných dobře vodivých
kovů.
Indukční ohřívací jednotka FRQET5
o Rozsah pracovní frekvence 5-25 kHz, jmenovitý proud 16 A, jmenovité napětí
400 V.
Akustika
Akustické pracoviště se dlouhodobě zabývá
měřením hlučnosti zařízení, frekvenční
analýzou zvuku, měřením akustického
výkonu, lokalizací zdroje zvuku, měřením
vibrací,
elektroakustikou
a stavební
akustikou.
• Frekvenční analýza zvuku ve slyšitelném
pásmu.
• Lokalizace zdrojů zvuku pomocí
akustické intenzity.
• Měření akustického výkonu.
67
Elektroakustika
• Měření parametrů reproduktorů (dle ČSN IEC 60268-5)
• Návrh a měření parametrů ozvučovacích systémů
• Měření směrových charakteristik
Bezodrazová komora
•
•
•
•
Splňuje požadavky ČSN EN ISO 3745
Rozměry 5 x 4 x 6,4 m
Dolní mezní frekvence 90 Hz
Objem 128,3 m3
Stavební akustika
• Měření neprůzvučnosti ve stavbách
• Mapování cest šíření zvuku ve stavbách
• Měření doby dozvuku
Dozvuková komora
•
•
•
•
•
•
Splňuje požadavky ČSN EN ISO 354
Regulace teploty a vlhkosti 15 -30 °C, 35-90 % RH
Analyzátor Brüel & Kjaer PULSE (4 kanály)
Ruční zvukoměry Brüel & Kjaer 2260 a 2231
Mikrofony pro volné a difúzní pole
Sondy pro měření akustické intenzity Brüel & Kjaer 3599
68
Katedra energetických strojů a zařízení, Fakulta strojní, ZČU
v Plzni
Halová laboratoř
V této laboratoři se nachází jednostupňová vzduchová turbina, kalibrační trať a
demonstrátor dvoufázového proudění.
Kalibrační trať
Podzvuková aerodynamická trať, která slouží především ke kalibraci pneumatických
sond a k výukovým účelům. Třífázový motor o výkonu 10kW pohání ventilátor, který
nasává vzduch z laboratoře a vyfukuje jej do ustalovacího potrubí. Na konci 5,5 m
dlouhého potrubí je umístěna dýza. Speciální sinusový tvar dýzy, kterou navrhl
Doc. Ing. Václav Konečný, CSc., poskytuje velmi dobře vyrovnané výstupní
rychlostní proudové pole. Regulace kalibrační rychlosti se provádí škrcením v sání
ventilátoru. Rychlost lze plynule nastavit v rozsahu 20 - 110 m/s.
Kalibrační trať
Kalibrační trať – detail umístěné sondy
Natáčecí zařízení, v němž je upevněna kalibrovaná sonda, je ovládáno dvěma
krokovými motory, které umožňují natáčení sondy v horizontální i ve vertikální rovině
s nejmenším krokem 0,09°.
Vzduchová turbina VT400
Jedná se o jednostupňovou vzduchovou turbinu, která je umístěna v sání kompresoru.
69
Turbina slouží jak k vědecko-výzkumné
činnosti, tak k výukovým účelům. Lze
měřit proudové pole za rozváděcími
i oběžnými lopatkami, stanovit celkovou
účinnost stupně a vyhodnocovat tak její
závislost např. na parciálním ostřiku,
osové vůli, apod.
V současnosti zde probíhá výzkum vlivu
tvaru rozváděcích lopatek na proudění ve
stupni a celkovou účinnost.
Osová vzdálenost mezi RL a OL je
20,5 mm. Pro měření rychlostního pole za
Vzduchová turbína VT 400
RL se používá pětiotvorová sonda – je
umístěna 11 mm za RL. K posunu sondy je použit traversér, který umožňuje posun po
radiále (nad špičku i pod patu lopatky), po obvodu kola (2 kanály) a automatické
natáčení sondy do proudu. Pro určení účinnosti stupně jsou měřeny teploty a statické
tlaky na vstupu a výstupu z turbiny, její otáčky a krouticí moment. Hmotnostní průtok
vzduchu je určován pomocí přesné dýzy s odběrem v hrdle.
ZVVZ APW 1200 axiální ventilátor
Experimentální zařízení sloužící k výzkumu proudění v axiálních ventilátorech. Jedná
se o výzkum zaměřený na vyšetřování nestacionarit při chodu ventilátoru, tj. jestliže
ventilátor je nebo přechází do režimu charakterizovaného velkými nestacionaritami.
Tento výzkum slouží k lepšímu pochopení dějů v nenávrhových režimech ventilátoru,
ke studiu vibrací vyvolaných těmito ději a zkoumání možností, které mohou vliv
nestacionarit potlačit. Experimentální zařízení bude také sloužit jako zdroj proudícího
vzduchu v navrhovaném aerodynamickém tunelu.
Demonstrátor dvoufázovézho proudění
Toto zařízení slouží k výzkumu intenzifikace přirozeného proudění pomocí „GasLiftu“ . Účelem celého výzkumu je zjistit vliv přiváděného plynu do tekutiny na
výsledné proudění. Tato technologie by mohla být použita pro odvod tepla z reaktorů
IV. generace, zvláště při použití fluoridových solí. Agresivita těchto solí spolu
s vysokými teplotami (přibližně 700 až 800°C) způsobuje problémy s výběrem
vhodného materiálu pro čerpadla primárního okruhu. Použití „Gas-Liftu“ tento
70
problém řeší. Navíc při použití He by docházelo k čištění palivo-chladící směsi od
některých štěpných produktů, jako např. xenonu.
ZVVZ APW 1200 axiální ventilátor
Demonstrátor dvoufázového proudění
71
Laboratoř UL136
Laboratoř je zaměřena na výzkum vibrací tekutinově vázaných soustav pružných těles
vybuzených proudícím mediem (vzduchem), tj. trubkových svazků a lopatkových
kaskád, dále je zde umístěn model výstupního difuzoru.
Aerodynamický tunel pro měření vibrací na lopatkové kaskádě
Zařízení slouží k vyšetřování kmitání v lopatkové mříži. Úlohy jsou vyšetřovány
experimentálně na speciálně vyrobených lopatkách. Jedná se o koncové části lopatek
posledního stupně nízkotlaké turbiny výkonu 1000 MW. Výzkum je zaměřen na šíření
a útlum kmitů v lopatkové mříži. Čtyři z celkem osmi lopatek jsou připojeny na
vibrouzly, což jsou speciální zařízení umožňující pohyb lopatky. Dva vibrouzly jsou
určeny k vybuzení vibrací lopatek, další dva pak mají za úkol snímat síly, vzniklé
prouděním tekutiny a výše zmíněnými vibracemi.
Aerody namický tunel pro měření vibrací
Aerodynamický tunel pro měření vibrací trubkového svazku
Toto experimentální zařízení je obdobou předchozího stendu s tím rozdílem, že místo
lopatek se měří aerodynamické síly na trubkovém svazku. Úloha je vyšetřována
experimentálně na fyzikálních maketách, u nichž jsou nelinearity aerodynamických sil
doprovázené nelinearitami konstrukce. Při měření je nutné respektovat tekutinovou
vazbu mezi kmitajícími trubkami, zatímco mechanická vazba je zanedbána. U trubek
prvních řad svazků zejména při tečném náběhu vstupuje do jevu samobuzených
vibrací ještě silné turbulentní buzení, které je třeba separovat.
72
Model výstupního difuzoru
Tento experiment slouží k hledání možností snižování ztrát ve výstupním difuzoru
turbíny. Jeho účelem je určit vliv rozevření difuzoru a úpravy povrchu na účinnost
tohoto zařízení. Studují se zde možnosti ovlivnění odtržení proudící tekutiny od stěny
difuzoru. Rychlostní pole v měřící oblasti se určuje hlavně metodou PIV.
Podstata měření metodou PIV spočívá v prosvěcování snímaného prostoru
intenzivním laserovým pulzním paprskem. Do měřeného prostoru jsou vypouštěny
mikroskopické částice (olejové nebo vodní bublinky či polystyrenové kuličky). Citlivá
kamera snímá polohy částic při jednotlivých záblescích a na základě korelací dokáže
určit jejich posun a směr pohybu částic. Pokud známe posun i čas, lze vyjádřit vektory
rychlosti a následně sestavit vektorové rychlostní mapy.
Druhou možností použití přístroje je vizualizace proudění. Intenzita záblesků se zvýší
a proudové pole je snímáno klasickou digitální kamerou. Ta je schopná zachytit tvar
proudového pole, nikoliv však poskytnout údaje o rychlostech. V mnoha případech je
postačující pouze vizualizace.
Detail výstupního difusoru
73
Vydání publikace bylo podpořeno z projektu:
CENEN-NET – Partnerství v jaderné energetice nové generace
Operační program Vzdělávání pro konkurenceschopnost, prioritní osa č. 2 - Terciální vzdělávání, výzkum a
vývoj, oblast podpory č. 2.4. - partnerství a sítě.