Technologia cięcia laserowego demontuje stare elektrownie

Technologia cięcia laserowego wykorzystywana już od wielu lat w przemyśle przyczyni się do demontażu elektrownii jądrowych.

Elektrownie jądrowe na całym świecie zbliżają się do końca okresu eksploatacji, zapotrzebowanie na innowacyjne, wydajne i bezpieczne technologie ich demontażu stało się bardziej palące niż kiedykolwiek wcześniej. Demontaż elektrowni jądrowych obejmuje zajęcie się reaktorami i strukturami wewnętrznymi, przy jednoczesnym zminimalizowaniu ryzyka skażenia radioaktywnego. W odpowiedzi na krytyczną potrzebę, zespół naukowców z Korei Południowej opracował technologię cięcia laserowego, zaprojektowaną specjalnie do podwodnego demontażu elektrowni jądrowych. Technologia stanowi znaczący postęp w zapewnianiu bezpieczeństwa i precyzji podczas procesu demontażu.

Potrzeba rozwiązań w zakresie demontażu obiektów jądrowych

Energia jądrowa od dawna stanowi źródło energii dla wielu krajów, zapewniając niskoemisyjną alternatywę dla paliw kopalnych. Likwidacja elektrowni jądrowych wiąże się jednak z wyjątkowymi wyzwaniami. Gdy reaktory osiągają koniec okresu użytkowania, potrzeba ich bezpiecznego i wydajnego demontażu bez uszczerbku dla środowiska i bezpieczeństwa publicznego, staje się poważnym przedsięwzięciem.

Tradycyjnie demontaż elektrowni jądrowej obejmuje połączenie mechanicznych i termicznych metod cięcia w celu demontażu elementów reaktora. Metody, choć skuteczne, stanowią poważne wyzwanie, jeśli chodzi o operacje podwodne. Obsługa napromieniowanych materiałów w warunkach podwodnych często zwiększa ryzyko skażenia, co sprawia, że kluczowe znaczenie ma opracowanie bezpieczniejszych technologii, które mogą skutecznie działać w tak trudnych warunkach.

Technologia cięcia laserowego

Najnowsza innowacja w technologii demontażu materiałów jądrowych została opracowana przez dr. In-Deok Park i jego zespół z Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM). Technologia cięcia laserowego stanowi bezpieczniejsze i bardziej precyzyjne podejście do demontażu struktur jądrowych, specjalnie zaprojektowanych do operacji podwodnych. Korzystając z lasera o dużej mocy, zespół badawczy z powodzeniem zademonstrował swoją zdolność do przecinania grubej stali nierdzewnej – głównego materiału używanego w zbiornikach ciśnieniowych reaktorów jądrowych – pod wodą, na głębokości do 10 metrów.

Technologia podwodnego cięcia laserowego opracowana przez KIMM należy do kategorii cięcia termicznego, wykorzystując laser do cięcia grubych materiałów w warunkach, które w przeciwnym razie byłyby niebezpieczne zarówno dla pracowników, jak i środowiska. Optymalizując szerokość szczeliny cięcia do zaledwie 2 mm i zmniejszając natężenie przepływu gazu tnącego do 600l/min, naukowcy osiągnęli zarówno wydajność, jak i precyzję. Prędkość cięcia osiągnęła do 50 mm/min, co pokazuje skuteczność tej nowej metody.

Innowacje i funkcje bezpieczeństwa

Jednym ze znaczących osiągnięć zespołu badawczego KIMM jest opracowanie zbiornika ciśnieniowego zdolnego do symulacji rzeczywistych podwodnych warunków terenowych. Ten 30-metrowy podwodny zbiornik do cięcia laserowego replikuje rzeczywiste środowisko demontażu nuklearnego i jest pierwszym tego typu urządzeniem na świecie. Zbiornik, który uzyskał patent w sierpniu 2024 r., umożliwia badaczom testowanie i udoskonalanie technik w warunkach, które ściśle odpowiadają tym, w których będą miały miejsce rzeczywiste operacje demontażu.

Zespół badawczy zaprojektował również kompaktowy system wielodyszowy zoptymalizowany pod kątem wysokociśnieniowych środowisk podwodnych. System, dla którego wniosek patentowy jest obecnie w toku, zapewnia precyzyjną kontrolę nad procesem cięcia, nawet w trudnych warunkach podwodnych. Urządzenie antykolizyjne, niezależnie opracowane przez naukowców, dodaje dodatkową warstwę bezpieczeństwa, zapobiegając wypadkom podczas cięcia – w szczególności kolizjom między dyszą tnącą a próbką.

Dr. In-Deok Park podkreślił znaczenie technologii, zauważając, że bezpośrednio symuluje ona warunki demontażu jądrowego i skutecznie minimalizuje wtórne zanieczyszczenie. Ma to kluczowe znaczenie, ponieważ celem demontażu obiektów jądrowych jest nie tylko bezpieczny demontaż komponentów, ale także zapobieganie uwalnianiu materiałów radioaktywnych do otaczającego środowiska.

Opracowanie technologii cięcia laserowego było możliwe dzięki współpracy wielu instytucji, w tym Pusan National University i Korea Maritime & Ocean University. Projekt był częścią większego projektu „Laser Decontamination and Underwater Laser Cutting Technology Development Project for Safe Nuclear Dismantlement”, którego celem jest rozwój narzędzi dostępnych do likwidacji obiektów jądrowych.

Problem, z którym zmaga się cały świat związany z atomem może zostać, w krótce rozwiązany dzięki staraniom naukowcom z Korei Południowej. Likwidacja pozostałości atomowych po dokończających swój żywot elektrowniach może w znaczący sposób wpłynąć na rozwój podanej technologii w dłuższym wymiarze czasowym, nie zrzucając jej na drugi plan.

Szymon Ślubowski