W Narodowym Laboratorium Oak Ridge w stanie Tennessee naukowcy zaprojektowali i zbudowali prototypy elementów reaktora chłodzonego gazem (helem lub dwutlenkiem węgla). Tym, co różni ich projekt od typowego procesu, jest m.in. użycie druku 3D do wytworzenia rdzenia jądrowego. Naukowcy posłużyli się węglikiem krzemu, materiałem ceramicznym utrzymującym stan skupienia w 2500°C – temperatura w drukowanym rdzeniu osiągnie maksymalnie 650°C. Badacze zastosowali metody SLM i L-DED (ang. laser-directed energy deposition) – obie polegają na stapianiu proszków metali.
Prototypowa elektrownia powstanie za 3 lata
Rdzeń jądrowy ma nieco ponad 45 centymetrów wysokości, a cały reaktor osiągnie wielkość pojemnika na 50 litrów płynu. Naukowcy przekonują, że za 3 lata będzie pełnoprawną, 3-megawatową elektrownią pozwalającą zasilić energią około 1000 domów (zwykłe elektrownie jądrowe, które są większe, mają moc od 1000 do 2000 MW). Rdzenie powstające tradycyjnie są monitorowane z zewnątrz, tymczasem druk 3D ułatwia wbudowanie czujników dostarczających danych z wnętrza konstrukcji. Poszczególne elementy powstają w ciągu doby, a druk całego rdzenia wymaga kilku tygodni. Wytwarzanie w ten sposób daje również stałą kontrolę nad procesami, bo drukarki używają czujników określających, czy nowe części mają wady. Według Kurta Terraniego, dyrektora technicznego budowy reaktora 3D, metoda pozwala wyeliminować długotrwały i drogi proces certyfikacji części powodujący, że tradycyjny zakład buduje się co najmniej kilkanaście lat. Podobnie problem wysokich kosztów akcentuje Nicholas Brown, inżynier jądrowy z Tennessee:
– Jednym z najdroższych i najbardziej czasochłonnych etapów budowy nowego elementu konstrukcyjnego rdzenia reaktora jądrowego jest jego kwalifikacja. Zazwyczaj trwa ona bardzo długo i kosztuje miliony, a nawet miliardy dolarów.
Usterkom zapobiegnie sztuczna inteligencja
W reaktorze budowanym w ramach Transformational Challenge Reactor pozostałe elementy (oprócz rdzenia) zostaną wytworzone dzięki metodom obróbki stosowanym w konstruowaniu zwykłych elektrowni. Jednak Kurt Terrani chce, aby w większych modułach znalazły się części drukowane w 3D, żeby zbierać dane z innych elementów niewielkiej elektrowni. Ich przetwarzaniem zajmą się algorytmy uczenia maszynowego. Jako paliwa naukowcy użyją triazotku diuranu, moderatorem, czyli substancją spowalniającą neutrony, będzie natomiast wodorek itru.
