AI i druk 3D łączą się dla monitoringu małych reaktorów jądrowych

AI i druk 3D umożliwia zaawansowane monitorowanie małych reaktorów jądrowych, zwiększając ich bezpieczeństwo i efektywność.

W dobie sztucznej inteligencji i rosnącego zapotrzebowania na energię elektryczną, małe reaktory jądrowe zyskują na znaczeniu jako zrównoważone rozwiązanie energetyczne. Najnowsza technologia monitoringu zdalnego, wykorzystująca zaawansowane algorytmy AI, pozwala na wykrywanie potencjalnych zagrożeń w takich reaktorach w ciągu zaledwie dwóch sekund. To innowacyjne rozwiązanie umożliwia monitorowanie warunków wewnętrznych w czasie rzeczywistym, znacząco obniżając koszty zarządzania i podnosząc poziom bezpieczeństwa.

Zespół badawczy pod przewodnictwem profesora Im Doo Junga z Wydziału Inżynierii Mechanicznej na UNIST oraz profesora Namhun Kima (również z UNIST), wraz z profesorem Hyungmo Kimem z Uniwersytetu Narodowego Gyeongsang, zaprezentował system inteligentnych komponentów do zdalnego nadzoru nad małymi reaktorami jądrowymi.

System ten wykorzystuje wbudowane czujniki światłowodowe, które stale monitorują kluczowe komponenty reaktorów i alarmują użytkowników w przypadku wykrycia nieprawidłowości. Prace nad tym projektem zostały opublikowane w czasopiśmie „Virtual and Physical Prototyping”. Przełomowa technologia łączy druk 3D z AI, co umożliwia szybkie przetwarzanie wielu zmiennych ciągłych z czujników światłowodowych.

Zespół badaczy z powodzeniem wyprodukował inteligentne części jądrowe przy użyciu metody drukowania Directed Energy Deposition (DED), która umożliwia bezpośrednie zintegrowanie czujników światłowodowych z metalowymi komponentami. Taka konstrukcja zapewnia stabilność nawet w trudnych warunkach środowiska jądrowego, a system AI analizuje dane z czujników, aby monitorować deformacje termiczne w czasie rzeczywistym.

W odróżnieniu od tradycyjnych, dużych reaktorów jądrowych, mikroreaktory (MR) oferują stabilne generowanie energii w pobliżu miejsc o dużym zapotrzebowaniu na energiię. Niemniej jednak, zachowanie bezpieczeństwa w takich obiektach jest priorytetem. Nowa technologia ma na celu znaczące podniesienie poziomu bezpieczeństwa oraz efektywności operacyjnej nowej generacji małych reaktorów jądrowych, umożliwiając AI monitorowanie krytycznych sygnałów deformacji termicznych, które często są nieuchwytne dla tradycyjnych metod inspekcji.

W dobie AI, efektywne monitorowanie i ochrona reaktorów jądrowych jest kluczowe nie tylko dla ich bezpieczeństwa, ale także dla przyspieszenia akceptacji tej technologii jako stabilnego źródła energii. Zastosowanie optycznych czujników wbudowanych w komponenty reaktorów to krok naprzód w kierunku integracji zaawansowanych rozwiązań technologicznych z sektorem energetycznym.

Jednym z kluczowych aspektów nowej technologii jest połączenie druku 3D z algorytmami AI. Drukowanie Directed Energy Deposition umożliwiło wytworzenie części, które mogą efektywnie działać w trudnych warunkach środowiska reaktorów. AI z kolei odgrywa kluczową rolę w analizie danych z czujników oraz monitorowaniu potencjalnych deformacji termicznych. To połączenie technologii jest kluczowe dla utrzymania bezpieczeństwa i stabilności funkcjonowania małych reaktorów.

Porównując z innymi zaawansowanymi technologiami, AI z drukiem 3D staje się efektywnym narzędziem do zastosowań nie tylko w sektorze energetyki, ale również w przemyśle kosmicznym czy obronnym. Przykładowo, firmy takie jak SpaceX coraz częściej korzystają z druku 3D do produkcji silników rakietowych, a algorytmy AI służą do monitorowania ich stanu w czasie rzeczywistym, co zmniejsza ryzyko awarii.

Profesor Jung zauważył, że ich technologia może mieć zastosowanie nie tylko w energetyce jądrowej, ale także w autonomicznych systemach produkcyjnych, lotnictwie i obronności. Zastosowanie optycznych czujników do monitorowania stanu komponentów może pomóc w efektywniejszym zarządzaniu zużyciem materiałów oraz minimalizowaniu ryzyka awarii, co ma kluczowe znaczenie w sektorach wymagających najwyższej niezawodności.

Podobnie jak w przypadku nowoczesnych systemów produkcji autonomicznej, gdzie AI jest używana do monitorowania parametrów produkcji i identyfikacji potencjalnych usterek, technologia rozwijana przez zespół z UNIST może znacząco przyczynić się do poprawy efektywności operacyjnej wielu gałęzi przemysłu. Przykładem może być przemysł motoryzacyjny, gdzie drukowane w 3D komponenty są wyposażone w czujniki monitorujące zużycie materiałów oraz temperaturę, co pozwala na zapobieganie awariom i poprawę bezpieczeństwa pojazdów.

Małe reaktory jądrowe są uznawane za przyszłościowe rozwiązanie energetyczne, które może w istotny sposób przyczynić się do dekarbonizacji gospodarki. Ich niewielka skala, mobilność oraz możliwość szybkiego wdrażania sprawiają, że są atrakcyjną alternatywą dla tradycyjnych elektrowni. Jednak bezpieczeństwo jest kluczowym aspektem, który wpływa na akceptację tej technologii przez społeczeństwo.

Integracja optycznych czujników z metalowymi komponentami reaktorów i wykorzystanie AI do ich monitorowania mogą być kluczowe dla zapewnienia stabilnej i bezpiecznej pracy takich jednostek. Zastosowanie cyfrowego bliźniaka (ang. digital twin) oraz interfejsu opartego na rzeczywistości rozszerzonej (AR) pozwala operatorom na bieżąco monitorować stan reaktora, co jest nieocenione w przypadku potencjalnych awarii.

Podobne podejścia są rozwijane w innych branżach. Na przykład w przemyśle lotniczym, cyfrowe bliźniaki są wykorzystywane do monitorowania stanu technicznego samolotów, co pozwala na wcześniejsze wykrycie ewentualnych usterek i uniknięcie kosztownych przestojów. Z kolei w sektorze budowlanym, firmy takie jak Siemens stosują technologie oparte na cyfrowych bliźniakach do monitorowania stanu infrastruktury i zarządzania zasobami.

Połączenie sztucznej inteligencji z drukiem 3D stanowi przełom w monitorowaniu i zarządzaniu małymi reaktorami jądrowymi. Technologia ta ma potencjał do znaczącej poprawy bezpieczeństwa i efektywności operacyjnej, co jest kluczowe dla przyspieszenia rozwoju zrównoważonych źródeł energii. Integracja optycznych czujników z metalowymi komponentami reaktorów oraz wykorzystanie cyfrowych bliźniaków i AI otwiera nowe możliwości nie tylko dla energetyki, ale również dla innych gałęzi przemysłu, takich jak lotnictwo, obronność czy produkcja autonomiczna.

Przyszłość małych reaktorów jądrowych wydaje się być obiecująca, ale wymaga dalszych badań i inwestycji w zaawansowane technologie monitorowania i kontroli. Wprowadzenie takich rozwiązań do codziennego użytku może przyczynić się do znaczącego wzrostu akceptacji energii jądrowej jako bezpiecznego i ekologicznego źródła energii na przyszłość.

Szymon Ślubowski