Americká USNC licencuje 3D tisk reaktorových komponent

Americká společnost Ultra Safe Nuclear Corporation (USNC) licencovala novou metodu 3D tisku komponent jaderných reaktorů. USNC tuto technologii považuje za ideální pro výrobu komponent pro vlastní návrh pokročilého jaderného reaktoru.

Proces výroby vyvinutý v národních laboratořích v Oak Ridge využívá materiály, které jsou odolné vůči extrémním teplotám a degradacím. Proces kombinuje výrobu keramiky s aditivním 3D tiskem.

Žáruvzdorným materiálem, který má být využit v aktivní zóně reaktorového návrhu společnosti USNC, je karbid křemíku. Ten je odolný vůči vysokým teplotám a navíc je radiačně stabilní. Největší komplikací tohoto materiálu je ale časově náročné a drahé obrábění geometricky náročných tvarů. Nová technologie umožní společnosti USNC mnohem efektivnější výrobu takových komponent.

„Tato technologie je ideální pro výrobu struktur a komponent jaderných reaktorů pro pokročilé jaderné elektrárny. Díky aditivnímu 3D tisku je možné vyrábět složité komponenty rychleji, nebo vyrábět komponenty, které byly dříve nevyrobitelné,“ sdělil viceprezident společnosti USNC, Kurt Terrani.

Technologie 3D tisku může být použita pro výrobu komplexních komponent jaderných reaktorů. Zdroj: US Department of Energy

Program vývoje mikro-modulárního reaktoru

Kurt Terrani je bývalý technický ředitel programu Transformational Challenge Reactor v národních laboratořích v Oak Ridge. Program byl zahájen v roce 2019 s cílem navrhnout, vyrobit a zprovoznit demonstrační aditivní výrobu komponent pro mikroreaktory do roku 2023.

USNC plánuje výstavbu pilotní výrobny paliva v lokalitě East Tennessee Technology Park v Oak Ridge, aby společnost využila zkušeností a odbornosti pracovníků národních laboratoří při zvyšování produkce i komplexnosti tvarů vyráběných v zařízení.

Koncept mikro-modulárního reaktoru (MMR) společnosti USNC je založen na vysokoteplotním reaktoru s tepelným výkonem 15 MW, poskytující až 5 MWe. Tento koncept spadá do kategorie reaktorů čtvrté generace a je nazýván také jako „štěpná baterie“.

V aktivní zóně jsou uvažovány hexagonální bloky grafitu, ve kterých jsou naskládány palivové pelety. Chladivem reaktoru je Helium s výstupní teplotou 630 °C. Bezpečnostní systémy této koncepce jsou založeny na pasivních technologiích nevyžadující v případě narušení normálního provozu elektrickou energii. Zajímavostí této koncepce je možnost využití tepelných zásobníků, ve kterých se teplo ukládá do roztavených solí.

Mikro-modulární reaktor společnosti USNC Zdroj: USNC

Licencování MMR společnosti USNC nyní probíhá v Kanadě a USA. Společnost Global First Power plánuje postavit a provozovat tento blok v kanadských národních laboratořích již v roce 2026. Univerzita Urbana-Champaign v Illinois informovala, že plánují podobný reaktor postavit a provozovat přímo ve svém kampusu.

Komponenty vyrobené za pomoci 3D tisku nejsou pro jaderný průmysl novinkou

Tištěné komponenty jaderných reaktorů jsou již v některých jaderných zařízeních používány, například jaderná elektrárna Browns Ferry má od minulého jara zavezeny palivové soubory se součástmi vyrobenými pomocí 3D tisku. Jinou výrobu 3D tiskem zvažují společnosti Westinghouse Electric Company a Exelon v elektrárně Byron.

Typickými částmi reaktoru, pro které je výhodný 3D tisk, jsou spodní hlavice palivových souborů. Ty totiž obsahují různé komponenty, které ovlivňují například i průtok chladiva aktivní zónou. Právě takové kanálové usměrňovače jsou složitě opracovatelné, a proto i komplikované na výrobu.

Usměrňovače průtoku chladiva jsou nyní testovány v elektrárně Browns Ferry. Po 6 letech provozu dojde k jejich analýze a defektoskopickým zkouškám. Následně bude kompletně zhodnocena výhodnost aditivní výroby reaktorových komponent.