Revoluce v jaderné energetice: 3D tisk zkrátí výrobu dílů a zvýší bezpečnost reaktorů

Americká národní laboratoř Argonne (ANL) stojí v čele výzkumu, který by mohl výrazně urychlit schvalování pokročilých materiálů pro jaderné reaktory.

Americká národní laboratoř Argonne (ANL) stojí v čele výzkumu, který by mohl výrazně urychlit schvalování pokročilých materiálů pro jaderné reaktory. Tým vědců předložil návrh kodexu Americké společnosti strojních inženýrů (ASME), který by umožnil využití vysoce přesné metody 3D tisku Laser Powder Bed Fusion (LPBF) pro výrobu komponent určených pro vysokoteplotní reaktory.

Tento průlomový krok slibuje rychlejší produkci, posílení dodavatelských řetězců a větší flexibilitu v designu jaderných systémů nové generace. Zároveň si klade za cíl zlepšit bezpečnost, spolehlivost a nákladovou efektivitu jaderné energie. Tradiční výroba reaktorových komponent, jako je kování a lití, je spojena s dlouhými výrobními časy, přísnými certifikačními procesy a omezenými možnostmi designu. Zavedením LPBF mohou inženýři vytvářet složité a vysoce výkonné díly, které byly dříve obtížně nebo nemožné vyrobit.

Přijetí LPBF představuje zásadní pokrok v aplikované materiálové vědě. Umožňuje optimalizovat mikrostruktury materiálů a zlepšit jejich odolnost vůči extrémnímu teplu a radiaci, což zvyšuje výkon kritických komponent. Současně snižuje plýtvání materiálem a zkracuje dobu výroby, což je klíčové pro rozšiřování technologií reaktorů nové generace. Důležité je, že tento přístup posiluje jaderný dodavatelský řetězec tím, že umožňuje lokalizovanou výrobu komponent na vyžádání a zvyšuje flexibilitu designu, což vede k bezpečnějším a efektivnějším reaktorovým systémům.

Projekt vznikl ve spolupráci mezi ANL, Oak Ridge National Laboratory, Idaho National Laboratory a Los Alamos National Laboratory pod záštitou programu AMMT (Advanced Materials and Manufacturing Technologies) amerického Ministerstva energetiky. Tento program se zaměřuje na pokrok v moderních výrobních metodách, jako jsou LPBF, Directed Energy Deposition (DED) a Powder Metallurgy Hot Isostatic Pressing (PM-HIP), které jsou zásadní pro vývoj vysoce výkonných materiálů a zlepšení efektivity v jaderné energetice. Vědci usilují o převedení špičkových inovací v materiálové vědě a výrobě do standardizovaných kodexů a regulačních cest. To je nezbytné pro zajištění bezpečného schvalování a přijetí nových technologií v reálných aplikacích reaktorů.

Kromě toho se výzkumníci z ANL věnují modelování turbulentního proudění v jaderných reaktorech pomocí superpočítačů. S využitím pokročilých kódů pro výpočetní fluidní dynamiku, jako jsou Nek5000 a NekRS, simulují složité chování kapalin a plynů s vysokou přesností. Tyto nástroje umožňují detailní analýzu přenosu tepla a míchání plynů, což je klíčové pro bezpečnost reaktorů a pomáhá předvídat rizika, například hromadění vodíku v systémech kontejnmentu.