3D tisk kompletních jaderných reaktorů, samozřejmě pokud někdy bude k dispozici, dokáže vydláždit cestu komerčním jaderným elektrárnám, které budou vyrábět elektřinu bez uhlíkové stopy za cenu, schopnou konkurovat plynovým elektrárnám.
Nebo, přinejmenším, tak vidí budoucnost Kurt Terrani, šéf programu pro vývoj demonstračního reaktoru TCR (Transformational Challenge Reactor) v Oak Ridge National Laboratory.
Na nedávném pravidelném setkání „Přátel ORNL“ popsal pokrok, kterého v rámci tohoto programu dosáhli, a nastínil cestu, podle které hodlají do roku 2023postavit v laboratoři funkční demonstrační reaktor.
Podle Terraniho je ve srovnání s jinými odvětvími „jaderný průmysl dinosaurem, který zatím nedokázal přijmout žádné nové výrobní technologie“. Ve Spojených státech, které za posledních 40 let nepostavily jediný reaktor moderního střihu, to platí obzvlášť.
Příkladem nových technologií, které zmiňuje Terrani, je aditivní výroba, neboli 3D tisk, jednotlivých dílů a komponent pokládáním souvislých vrstev materiálů v příslušných tvarech pod vedením počítačového programu. Do nových technologií řadí také umělou inteligenci – strojové učení, při kterém se řídicí systém učí poznávat jednotlivé trendy a předpovídat vývoj na základě nashromážděných dat.
Experti ORNL, kteří na programu TCR pracují, vyvíjejí postupy na konstrukci aktivní zóny s použitím 3D tisku a nových možností, které nabízí. Přizpůsobují proces aditivní výroby potřebám TCR a vyvíjejí metody s použitím umělé inteligence pro vyšší spolehlivost vytištěných dílů a komponent a jejich vzájemnou kompatibilitu.
Při své práci používá tým tři zařízení, která jsou součástí ORNL. Tím prvním je zdroj neutronů SNS, druhým potom výzkumný reaktor HFIR s vysokým tokem neutronů a třetím – superpočítač „Summit“. Na financování vývoje TCR se podílí mimo jiné americké ministerstvo energetiky.
3D-potenciál
„Aditivní výroba nám dává velkou svobodu a nové možnosti při výrobě kovových a keramických dílů, které mají složitou geometrii a sestávají z nových, moderních materiálů,“ zdůrazňuje Terrani.
Jako příklad uvádí nové možnosti na umístění různých snímačů a měřicích přístrojů: „(Díky 3D-tisku) dokážeme vložit snímače (termočlánky, optické kabely) přímo do příslušných konstrukcí, což umožní lépe kontrolovat stav a provozní hodnoty reaktorového systému a celkově zajistí větší míru autonomie reaktoru.”
Autonomní provoz reaktorů budoucnosti je tím, co Kurt Terrani zdůrazňuje obzvlášť: „Chceme dosáhnout co největší míry nezávislosti na lidech a snížit počet potřebného personálu k jejich obsluze. Naší konkurencí jsou plynové elektrárny, jejichž provoz hlídá pouhých sedm lidí, v dnešních jaderných elektrárnách to bývají až čtyři stovky.“
„Snažíme se co nejvíce snížit počet lidí ve všech výrobních procesech kvůli snížení nákladů,“ dodal Terrani.
Další velice důležitou okolností je podle Terraniho snížení celkové doby výstavby jaderných bloků. Připomíná, že první reaktor na světě, Chicago Pile-1, byl postaven za pouhých 9 měsíců a dnes už tak krátká doba nepřipadá ani v úvahu.
3D tisk by obzory v úvahách dokázal výrazně posunout, protože může hodně zkrátit dobu výroby nejrůznějších dílů a vybavení pro jaderné elektrárny. V laboratoři Oak Ridge jsou přesvědčeni, že v budoucnu bude možné na 3D tiskárnách rychle vytvořit nejen reaktorovou nádobu, ale i celou aktivní zónu s palivem.
Mikroreaktor TCR
To vše chce ORNL v praxi předvést, až bude postaven TCR, ačkoliv, coby průkopník, bude malý ve srovnání s komerčními energetickými reaktory. Konkrétně bude výška TCR činit jen asi 75 cm.
„Říkáme, že TCR je velký asi jako velká popelnice, ale neříkáme mu popelnicový reaktor. Ne, vůbec ne, má ctěné jméno Transformational Challenge Reactor,“ zdůraznil Terrani, který rovněž používá termín „mikroreaktor“. Poznámka překladatele – jde o slovní hříčku z americké angličtiny, zkratku TCR totiž lze přeložit také jako Trash Can Reactor, tedy „popelnicový reaktor“.
Projekt demonstračního mikroreaktoru TCR počítá s pasivními bezpečnostními prvky a vysokou spolehlivostí. Jeho tepelný výkon činí 3 MWt. Chlazení aktivní zóny je plynové (hélium), jako moderátor slouží hydrid yttria. Jako palivové články bylo zvoleno TRISO, štěpný materiál – nitrid uranu s obohacením od 5 do 20 % (v angličtině se používá termín HALEU).
Předpokládá se, že pomocí 3D tisku budou vyrobeny kulové prvky TRISO, do kterých pak bude „zabudováno“ palivo (vypadá to, že tisk nitridu uranu v plánu přece jen není).
Na otázku, zda tým zvládne navrhnout a postavit TCR včas, Terrani uvedl, že to závisí především na rozhodnutích ministerstva energetiky a Kongresu Spojených států. Dodal také, že program TCR už nabízí určité vymoženosti stávajícím komerčním jaderným elektrárnám. Jmenovitě ORNL spolupracovala s francouzskou společností Framatome při výrobě zkušebních vzorků na 3D tiskárně, které nyní procházejí testováním na komerčních BWR reaktorech. Budou použity v americké jaderné elektrárně Browns Ferry.
Zdroj: Atominfo.ru, The Oak Ridger
