La valvola di sicurezza per reattori nucleari stampata in 3d dal Korean Atomic Energy Research Institute (KAERI)

I RICERCATORI COREANI STAMPANO IN 3D UNA VALVOLA DI SICUREZZA NUCLEARE DI GRANDE FORMATO AD ALTA RESISTENZA

Gli scienziati del Korean Atomic Energy Research Institute (KAERI) hanno stampato in 3D una grande valvola di sicurezza con proprietà di resistenza sufficienti per consentirne l’uso all’interno di un reattore nucleare.

Combinando la stampa 3D e la lavorazione CNC, il team KAERI è stato in grado di fabbricare il rubinetto da 30 chilogrammi con caratteristiche ultra precise, tra cui una serie di complessi canali di raffreddamento interni. Durante i test, la valvola ha raggiunto il livello di sicurezza di “Classe 1” osservato nei pezzi di ricambio commerciali, il che significa che è potenzialmente in grado di resistere alla più grave esposizione alle radiazioni osservata nell’industria nucleare.

Mentre il mondo continua ad allontanarsi dai combustibili fossili, un certo numero di paesi ha scelto di adottare l’energia nucleare come alternativa a basse emissioni di carbonio. In particolare, gli Stati Uniti sono diventati leader mondiale nel nucleare, generando in questo modo oltre il 30% dell’elettricità mondiale, e dal 2007 hanno messo in servizio un totale di 24 reattori.

Per garantire che queste piante continuino a funzionare in sicurezza e che le catastrofi del passato non si ripetano, vengono frequentemente mantenute e riparate. Tuttavia, il team KAERI ha identificato una carenza di alcune parti critiche per la sicurezza come la valvola CVCS (Chemical and Volume Control System), che viene utilizzata per alleviare la pressione interna.

In particolare, il CVCS viene utilizzato per eseguire l’alimentazione del fluido o attività di portata all’interno dei reattori e, sebbene possa essere utilizzato altrove, le valvole di sicurezza devono sempre soddisfare determinati criteri. Ad esempio, le parti nucleari devono superare i test di pressione dell’acqua, funzionamento e flusso prima di essere distribuite e la creazione di componenti sufficientemente resilienti su richiesta si è precedentemente rivelata difficile.

Secondo gli scienziati KAERI, la sola stampa 3D in metallo non è ancora pronta a sostituire la produzione convenzionale quando si tratta di creare ricambi nucleari. Tuttavia, sposando una tecnica DED (Directed Energy Deposition) con la lavorazione CNC a 5 assi, il team ha scoperto di essere in grado di fabbricare una replica con l’estremo livello di precisione richiesto.

La valvola a base di cromo e nichel dei ricercatori presentava un corpo, un cofano e una gabbia stampati in 3D e, una volta assemblato, il dispositivo da 300 mm è stato sottoposto a una valutazione rigorosa. Durante i test di pressione, è stato riscontrato che i confini dello strato del dispositivo fungono da punto focale per lo stress residuo, riducendone la resistenza del 7-8%.

Allo stesso modo, quando il CVCS è stato post-elaborato in una pressa isostatica a caldo (HIP) a 1100 o C, l’integrità è stata indebolita del 33%, ovvero il 18% in più rispetto a quella vista in una valvola convenzionale. In termini di prestazioni costanti e il suo “limite di fatica”, tuttavia, il dispositivo additivo ha migliorato la versione commerciale, con una resistenza alla trazione di 202,6 MPa.

Nel complesso, il team ha concluso che, nonostante la sua reazione al trattamento termico, la forza costante della loro valvola additiva era sufficiente per renderla pronta per l’uso finale. Dato che il CECS del team replica un componente di categoria di Classe 1, il regolatore nucleare dell’AIEA lo classificherebbe come una “parte il cui fallimento porterebbe a conseguenze di gravità” elevata “. Lodi davvero per la forza della parte stampata in 3D.

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