La fascinante impresión 3D, la tecnología que nos permite imprimir cuerpos físicos sólidos de manera tridimensional, desde objetos sencillos como lo puede ser un llavero o hasta para la elaboración de elementos para el sector de la ingeniería y aeroespacial. Ahora a logrado lo impensable, la impresión 3D de un nucleo de reactor nuclear. El desarrollo podría cambiar el sector de la energía nuclear para siempre.
Los investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía de Estados Unidos, están refinando su diseño de un núcleo de reactor nuclear impreso en 3D, ampliando el proceso de fabricación aditiva necesario para construirlo y desarrollando métodos para confirmar La consistencia y fiabilidad de sus componentes impresos.
El enfoque sin precedentes del Programa de demostración Transformational Challenge Reactor (TCR) de la energía nuclear aprovecha los avances de la ORNL (Oak Ridge National Laboratory) en fabricación, materiales, ciencia nuclear, ingeniería nuclear, informática de alto rendimiento, análisis de datos y campos relacionados.
El laboratorio tiene como objetivo encender el primer reactor de su tipo para 2023. El programa ha mantenido su cronograma agresivo durante la pandemia de COVID-19, utilizando trabajo remoto para continuar los esfuerzos de diseño y análisis.
El director de ORNL, Thomas Zacharia dijo: “La industria nuclear todavía tiene limitaciones para pensar en la forma en que diseñamos, construimos y desplegamos tecnología de energía nuclear”.
“DOE lanzó este programa para buscar un nuevo enfoque para desarrollar rápida y económicamente soluciones energéticas transformadoras que brinden energía limpia y confiable”, siguió comunicando Zacharia.
El desarrollo y despliegue de reactores se ha basado tradicionalmente en materiales, combustibles y tecnología pioneros en las décadas de 1950 y 1960, y los altos costos y los tiempos de construcción de décadas han limitado a los Estados Unidos a construir solo una nueva planta de energía nuclear en los últimos 20 años.
El programa TCR presentará materiales nuevos y avanzados y utilizará sensores y controles integrados, proporcionando un sistema altamente optimizado y eficiente que reducirá los costos, confiando en los avances científicos con potencial para dar forma a un nuevo camino en el diseño, fabricación, licencia y operación del reactor.
El programa ha completado varios experimentos fundamentales, incluida la selección de un diseño de núcleo y un “sprint” de tres meses que demostró la agilidad de la tecnología de fabricación aditiva para producir rápidamente un prototipo de núcleo de reactor.
Los investigadores ahora se centrarán en refinar el diseño seleccionado y los procesos que asegurarán un sistema energético óptimo y confiable. Las tecnologías de monitoreo evalúan continuamente el proceso de fabricación, proporcionando flujos de datos en vivo que permiten la calificación en tiempo real del material impreso y el análisis de rendimiento a través de inteligencia artificial. El equipo también realiza extensas pruebas posteriores a la construcción para evaluar el rendimiento de los componentes y establecer vínculos entre el comportamiento de cada parte única y sus datos de fabricación en vivo.
“Hemos estado desarrollando agresivamente la capacidad de hacer realidad este programa en los últimos meses, y nuestro esfuerzo ha demostrado que esta tecnología está lista para demostrar un núcleo de reactor nuclear impreso en 3D”, dijo Kurt Terrani, director técnico de TCR.
Explico que: “La situación actual de la energía nuclear es grave. Este es un esfuerzo fundamental que puede abrir las compuertas a la innovación rápida para la comunidad nuclear”.
Como parte del despliegue de un reactor nuclear impreso en 3D, el programa también creará una plataforma digital que ayudará a entregar la tecnología a la industria para una rápida adopción de tecnología de energía nuclear fabricada aditivamente.
“Todo el concepto de TCR es posible debido a los importantes avances en la tecnología de procesos de fabricación aditiva”, dijo Terrani.
“Al usar la impresión 3D, podemos usar tecnología y materiales que la comunidad nuclear no ha podido capitalizar en las últimas décadas. Esto incluye sensores para el control casi autónomo y una biblioteca de datos y un enfoque de calificación nuevo y acelerado que beneficiará a toda la comunidad nuclear”.
A través del programa TCR, la ORNL está buscando una solución a una tendencia preocupante. Aunque las plantas de energía nuclear proporcionan casi el 20 por ciento de la electricidad de EE. UU., más de la mitad de los reactores de EE. UU. serán retirados dentro de 20 años, según las fechas de vencimiento de la licencia actual.
“El programa TCR proporcionará un nuevo modelo para el despliegue acelerado de sistemas avanzados de energía nuclear”, dijo Zacharia.
“Si los costos y los tiempos de construcción no se abordan en un futuro muy cercano, Estados Unidos eventualmente perderá su mayor fuente de energía libre de emisiones“.
ORNL se está asociando con los laboratorios nacionales de Argonne e Idaho y se está comprometiendo con la industria para permitir la adopción rápida para uso comercial.
Vídeo. La estructura hexagonal tardó cerca de 40 horas en construirse, con temperaturas que alcanzaron más de 1,400 grados Celsius alrededor del grupo de fusión donde un láser calienta y se funde al agregar una nueva capa. Crédito: Laboratorio Nacional de Oak Ridge, Departamento de Energía de EE. UU.
Según el comunicado, TCR ya cuenta con el apoyo de la Oficina de Energía Nuclear del DOE.
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