La impresión en 3D se impone en la industria nuclear y abre un abanico de posibilidades a las nuevas generaciones de reactores nucleares. Investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía (DOE) de EEUU están refinando el diseño del que sería el primer núcleo de un reactor nuclear impreso en 3D.
El laboratorio tiene como objetivo encender el primer reactor de su tipo para 2023. El programa Transformational Challenge Reactor (TCR) ha mantenido su cronograma durante la pandemia COVID-19, llegando a trabajar en remoto para continuar los esfuerzos de diseño y análisis.
“La industria nuclear todavía tiene limitaciones para pensar en la forma en que diseñamos, construimos y desplegamos tecnología de energía nuclear”, dijo el director de ORNL Thomas Zacharia. "El DOE lanzó este programa para buscar un nuevo enfoque para desarrollar rápida y económicamente soluciones de energía transformacional que brinden energía limpia y confiable", dijo.
El desarrollo y despliegue de reactores se ha basado tradicionalmente en materiales, combustibles y tecnología de los que fueron pioneros en las décadas de 1950 y 1960, y los altos costos y los tiempos de construcción de décadas han limitado a Estados Unidos a construir solo una nueva planta de energía nuclear en los últimos 20 años.
El programa TCR introducirá materiales nuevos y avanzados y utilizará sensores y controles integrados, proporcionando un sistema altamente optimizado y eficiente que reduce los costos, basándose en avances científicos con potencial para dar forma a un nuevo camino en el diseño, fabricación, licencias y operación de reactores.
El programa TCR 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 un reactor.
Los investigadores ahora se centrarán en perfeccionar el diseño seleccionado y los procesos que garantizarán un sistema energético óptimo y fiable. 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 pruebas exhaustivas posteriores a la construcción para evaluar el rendimiento de los componentes y establecer vínculos entre el comportamiento de cada pieza única y sus datos de fabricación en vivo.
“Hemos estado desarrollando agresivamente la capacidad para hacer realidad este programa durante 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 del programa TCR. “La situación actual de la energía nuclear es terrible. Este es un esfuerzo fundamental que puede abrir las compuertas a una rápida innovación para la comunidad nuclear”, aseveró.
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 la tecnología de energía nuclear fabricada de forma aditiva.
“Todo el concepto de TCR es posible gracias a los importantes avances en la tecnología de procesos de fabricación aditiva”, dijo Terrani. “Al utilizar la impresión 3D, podemos utilizar tecnología y materiales que la comunidad nuclear no ha podido capitalizar en las últimas décadas. Esto incluye sensores para un control casi autónomo y una biblioteca de datos y un enfoque nuevo y acelerado para la calificación que beneficiará a toda la comunidad nuclear”, explicó.
A través del programa TCR, el ORNL busca una solución a una tendencia preocupante. Aunque las plantas de energía nuclear proporcionan casi el 20 por ciento de la electricidad de EEUU, más de la mitad de los reactores se retirarán dentro de 20 años, según las fechas de vencimiento de las licencias actuales.
“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, los Estados Unidos perderán su mayor fuente de energía libre de emisiones".
El ORNL se está asociando con los laboratorios nacionales de Argonne e Idaho y colaborando con la industria para permitir una rápida adopción para uso comercial.
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