Rivoluzione Nucleare: la stampa 3D costruisce il primo reattore avanzato USA

Un metodo di costruzione radicalmente innovativo sta prendendo piede nell’East Tennessee, dove stampi massicci e personalizzati, realizzati con la stampa 3D, vengono utilizzati per colare il calcestruzzo del primo nuovo reattore avanzato degli Stati Uniti da decenni. Presso il campus di Kairos Power a Oak Ridge, queste forme polimeriche stampate in 3D sono impiegate per costruire componenti per il reattore dimostrativo a bassa potenza Hermes.

Ciò che rende Hermes un progetto di spicco è il fatto che è il primo reattore avanzato ad aver ricevuto un permesso di costruzione dalla US Nuclear Regulatory Commission (NRC). Il permesso di costruzione per il reattore Hermes è stato rilasciato il 14 dicembre 2023 . Kairos Power ha inoltre ottenuto fino a 303 milioni di dollari dal Dipartimento dell’Energia (DOE) per supportare la progettazione, la costruzione e la messa in servizio del reattore dimostrativo Hermes.

Un Cambiamento Epocale nella Costruzione Nucleare

Le forme stampate in 3D vengono attualmente utilizzate per la “dimostrazione di schermatura Janus”, precurssore statico le cui  che verranno impiegate per costruire parti del reattore Hermes.

Come dichiarato dall’Oak Ridge National Laboratory (ORNL) in un comunicato stampa, “La struttura a colonna Janus di Kairos Power dimostra un elemento del design innovativo che assorbe le radiazioni durante il funzionamento, proteggendo i lavoratori.” Ogni sezione misura cica 3 metri per 3 metri e viene impilata in tre unità per creare una colonna per il bioscudo del reattore. Praticamente Janus è una sorta di grande blocco di cemento che abbraccia il reattore e assorbe le eventuali radiazioni nucleari.

Ryan Dehoff, direttore del Manufacturing Demonstration Facility (MDF) dell’ORNL, sottolinea l’aspetto rivoluzionario: “All’ORNL, stiamo dimostrando che il futuro della costruzione nucleare non deve assomigliare al passato. Stiamo combinando le capacità dei laboratori nazionali con l’eredità del MDF di intraprendere grandi e ambiziose sfide – ‘moonshot’ che trasformdaci in soluzioni pratiche – per accelerare la nuova energia nucleare commerciale.”

Un’Alternativa Vantaggiosa alle Metodologie Tradizionali

Questa tecnica rappresenta un’alternativa significativa alle tradizionali casseforme in acciai che possono essere costose e richiedere molto tempo per essere costruite, soprattutto per forme complesse. L’approccio di produzione additiva consente una costruzione sul luogo di installazione per componenti con geometrie uniche. Si stima che l’adozione della stampa 3D nel settore delle costruzioni possa portare a un risparmio sui costi che si aggira intorno al 78% rispetto ai metodi convenzionali e una riduzione del 60% sui costi di manodopera.  Inoltre, la stampa 3D consente una maggiore precisione, una riduzione degli sprechi e una diminuzione dei rischi per la sicurezza in cantiere.

Componenti in cemento di Janus, stampate in 3D

Una sfida tecnica fondamentale è stata garantire che le forme avessero l’integrità strutturale necessaria per resistere all’alta pressione del calcstruzzo bagnato, mantenendo al contempo una precisione geometrica. Ahmed (Arabi) Hassen, capo gruppo per l’innovazione dei compositi dell’ORNL, ha spiegato che ciò ha richiesto nuove strategie di progettazione e stampa per l’applicazione strutture e chief technology officer di Kairos Power, ha elogiato la collaborazione con il MDF: “Abbiamo avuto un rapporto con il MDF fin dalla formazione di Kairos Power.  Si muovono velocemente, pensano in modo creativo e hanno dimostrato di poter fornire risultati trasformativi dove la produzione convenzionale sarebbe inadeguata.”

Blandford ha inoltre evidenziato che testare gli stampi sulle colonne dimostrative consente al team di affinare i metodi e ridurre i rischi prima di applicare la tecnica alla struttura principale di Hermes e ai futuri impianti commerciali.

Parte del progetto “SM2ART Moonshot” e prospettive future

Questo sforzo è parte del progetto SM2ART Moonshot, un’iniziativa pluriennale finanziata dal DOE e guidata dal MDF e dall’Università del Maine. Nei prossimi 18 mesi, il progetto SM2ART Moonshot continuerà a supportare le iniziative di costruzione di Kairos Power, espandendosi per includere la produzione su vasta scala di forme per la schermatura dalle radiazioni e gli involucri degli edifici del reattore, integrando tecniche di produzione intelligente, “digital twin” e controllo qualità basato sui dati. Il progetto mira anche a sviluppare materie prime biocomposite stampabili dai residui del legno, con l’obiettivo di ridurre i costi dei materiali del 75%.

Componente stampato a 3d

La tecnologia di stampa 3D ha guadagnato un’enorme popolarità nel settore dell’energia nucleare. A tal proposito, anche la United Kingdom Atomic Energy Authority (UKAEA) ha compiuto passi importanti, commissionando due macchine avanzate per la stampa 3D che utilizzano metodi complementari per produrre componenti per futuri reattori a fusione ). Questo dimostra una tendenza globale verso l’adozione di tecnologie innovative per accelerare e ottimizzare la costruzione di infrastrutture nucleari.