Když Kurt Terrani, šéf programu Transformational Challenge Reactor z laboratoří Oak Ridge National Lab v Tennessee se svými kolegy navrhl a vyrobil nové komponenty pro jaderný reaktor, tak šlo o jaderný reaktor chlazený plynem. To je klasický typ, který je skoro tak starý, jako jaderná energie sama. Přesto se Terraniho tým snaží posunout vývoj jaderné energetiky směrem vpřed. Jde o to, že až tento nový štěpný reaktor v ORNL spustí, což by mělo být v roce 2023, tak by to měl být první jaderný reaktor na světě se 3D tištěnou aktivní zónou.

Cílem úsilí Terraniho týmu je zrychlit výrobu jaderných systémů, které zároveň budou mít excelentní výkon. Podle nich by to mohlo jadernou energetiku podstatně proměnit. Je to zvláštní, ale jak uvádí Terrani, jaderný průmysl měl po velice dlouhou dobu pověst velmi konzervativního odvětví, které je vysoce odolné vůči změnám. Americké reaktory stále jedou na technologii, která měla svou hvězdnou chvíli asi tak před půlstoletím. Jde o to, že vzhledem k nemalým rizikům v jaderné energetice působí efekt staré dobré spolehlivé technologie. Terrani se ale obává, že když se jaderný průmysl v USA nepohne vpřed, tak by se záhy mohl ocitnout na vrakovišti.

Jaderní inženýři si nemohli nevšimnout, jak úspěšně se dnes prosazuje 3D tisk. Platí to i v odvětvích, kde by to jen před pár lety čekal málokdo. Na 3D tiskárnách se tisknout raketové motory i celé nosné rakety, komponenty leteckých motorů a řada dalších výrobků, které čelí dost extrémním podmínkám. 3D tisk umožňuje používat tvary a materiály, které dříve prakticky nebyly možné. A rozhodující výhoda 3D tisku spočívá v tom, že je podstatně rychlejší a levnější.

Teď by se 3D tisk mohl stát klíčovou technologií pro konstrukci budoucích jaderných reaktorů. Terraniho tým nedávno vyvinul design pro 3D tištěnou část reaktoru, která se stane klíčovou částí připravovaného reaktoru Transformational Challenge Reactor (TCR). Jde o pokročilý plynem chlazený minireaktor, který bude ke chlazení využívat helium. Část reaktoru bude vyrobena z klasických komponent, ale celé jádro reaktoru bude 3D tištěné z karbidu křemíku. To je extrémně odolný materiál, který prakticky není možné roztavit.

Právě v této tištěné části reaktoru se odehrává to zásadní v jaderné energetice. Štěpí se tam uranové palivo, a také tam jsou komponenty, které extrémní štěpnou reakci regulují. 3D tištěná část reaktoru TCR měří sotva půl metru. Celý nový reaktor nebude moc větší nežli pivní sud. Za to ale bude mít výkon 3 MW, což by stačilo tak pro 1000 amerických domácností.

3D tištěné komponenty aktivní zóny reaktoru TCR. Kredit: Ryan Dehoff / ORNL / US DOE.