Det første helt digitale atomreaktorsystem i USA installeret på Purdue University

Atomkraftværker genererer 20% af landets elektricitet og er den største rene energikilde i USA. Men for yderligere at opveje klimaændringer, atomenergisektoren skal forlænge levetiden af ​​eksisterende anlæg samt bygge nye.

Dette kræver, at USA skifter fra traditionel analog teknologi til de seneste fremskridt inden for digital teknologi, en ændring, der allerede er foretaget i andre lande.

U.S. Den opgraderede reaktor og anlæg, oprindeligt bygget i 1962, baner vejen for udbredt implementering af digital teknologi i både forskning og industrielle reaktorer.

"Moderne kontrolteknologi i den nukleare sektor vil give mulighed for big data-applikationer og øget pålidelighed, " sagde Clive Townsend, supervisoren for Purdues reaktor. "Vi går fra vakuumrørene og håndloddede ledninger fra 60'erne, til lysdioder, Ethernet-kabler og avanceret elektronik."

Traditionelle analoge konsoller gør det vanskeligt at tage forskningsdata præcist og hurtigt, mens et digitalt system gør det muligt at måle værdier med det samme. At blive digital betyder, at meget mere data kan behandles og analyseres, åbner døren til kapaciteter, der endnu ikke har været så mulige i den nukleare sektor, såsom prædiktiv analyse, maskinlæring og kunstig intelligens.

Digital teknologi giver også reaktorfaciliteter mulighed for at identificere ydeevneafbrydelser, som kan forekomme før det planlagte vedligeholdelsestidspunkt, gør dem mere sikre og forlænger deres levetid. Hvis dele skal udskiftes, digitale er langt billigere og mere kommercielt tilgængelige end analoge dele.

Mens universitetsreaktorer som Purdues ikke bruges til at drive energinet som industrireaktorer, de giver en platform for forskning. Eksempler, der kan overraske dig, omfatter forståelse af, hvordan tungmetaller påvirker mental sundhed, identificere oprindelsen af ​​en 1, 000 år gammel artefakt eller til sidst at forudsige, hvor godt piloter vil flyve med nye fly.

Den digitale konvertering af PUR-1 begyndte i 2012, da det amerikanske energiministerium tildelte Purdue et tilskud gennem sit Nuclear Energy University-program for at erstatte reaktorudstyret med et topmoderne instrumentations- og kontrolsystem. Purdue udviklede og byggede det fuldt digitale system i samarbejde med Mirion Technologies og Curtiss-Wright Corp.

"Reaktorens brug i de senere år var skiftet fra grundlæggende reaktorfysisk forskning til primært at tjene som en pædagogisk støttefacilitet, " sagde Seungjin Kim, kapt. James F. McCarthy Jr. og Cheryl E. McCarthy Leder af School of Nuclear Engineering i Purdue.

"Nu, vi kan vende tilbage til den virkningsfulde forskning og samtidig udvide reaktorens undervisningskapacitet betydeligt, " han sagde.

PUR-1 inkluderer nu en 150 kvadratmeter stor videovæg, som forbedrer datavisningen og engagerer potentielle nuklearingeniørstuderende.

"Atomreaktoren med fuldt digitaliseret instrumentering og kontrol er en milepæl for Purdues School of Nuclear Engineering, " sagde Mung Chiang, John A. Edwardson dekan fra Purdue's College of Engineering. "Den forskning og undervisning, der er muliggjort af den nye PUR-1, vil også bidrage til det næste kapitel om atomenergi, sikkerhed og tryghed i landet."

U.S.S. NRC-licensering af PUR-1-systemet er uden fortilfælde på andre måder, samt:Nogle af delene er certificeret under den tyske nuklearsikkerhedsstandardkommission (KTA), snarere end under indenlandske standarder.

Historisk set, den amerikanske NRC har kun accepteret dele, der er certificeret i henhold til indenlandske standarder, som generelt er uoverkommelige at bruge. Det amerikanske NRC accepterede disse dele i PUR-1 gennem agenturets initiativ til en risikoinformeret og præstationsbaseret reguleringsproces.

"Det faktum, at NRC accepterer en digital konsol til en lille forskningsreaktor, med dele certificeret i henhold til KTA-standarderne, signalerer, at tilsynsorganet bevæger sig mod godkendelse i en stor industrireaktor, " sagde Townsend.

En digital universitetsreaktor giver flere fordele både til branchens aktører og uddannelsesmæssige rammer. Som en cyberfysisk test seng, samarbejdspartnere og virksomhedspartnere vil være i stand til at evaluere simuleringer af industrireaktorer ved at bruge Purdues anlæg som model og anvende erfaringer og bedste praksis-forbedringer på deres egne reaktorer.

"Test af kode og simuleringer i mindre universitetsfaciliteter giver mere fleksibilitet, let adgang og hurtigere udviklingscyklusser, end der ville være tilgængeligt hos større industrielle partnere, " sagde Robert Bean, PUR-1 facilitetens direktør og en assisterende professor i nuklear teknik ved Purdue. "Til lave omkostninger, forskere vil være i stand til hurtigt at evaluere deres arbejde og opnå fuldskala implementering."

Digital teknologi betyder også, at Purdue kan bruge reaktoren til at sende live data til fjerntliggende steder, hjælpe forskere med at matche reaktorstatus i realtid til deres eksperimentelle resultater, og elever til at visualisere fra deres monitorer, hvordan en reaktor reagerer.

"Vi kan sende signaler til områder, såsom skoler i udviklingslande, som ikke har luksusen af ​​deres eget atomreaktoranlæg og den tilhørende uddannelsesinfrastruktur. Så længe de har internet og dette partnerskab med Purdue, de kan se og studere, hvordan reaktoren fungerer, " sagde Kim.

En klippebåndsceremoni for den nyligt licenserede PUR-1 starter et tre-dages topmøde, "Atomer for menneskeheden, " den 3. september på Purdue University.