Le centrali nucleari generano il 20% dell'elettricità della nazione e sono la più grande fonte di energia pulita negli Stati Uniti. Ma per compensare ulteriormente il cambiamento climatico, il settore dell'energia nucleare deve prolungare la durata degli impianti esistenti e costruirne di nuovi.

Ciò richiede che gli Stati Uniti passino dalla tecnologia analogica tradizionale agli ultimi progressi della tecnologia digitale, un cambiamento già fatto in altri paesi.

La Commissione di regolamentazione nucleare degli Stati Uniti ha concesso in licenza il reattore numero uno della Purdue University (PUR-1) come il primo sistema di strumentazione e controllo del reattore nucleare interamente digitale nella nazione. Il reattore e la struttura aggiornati, originariamente costruito nel 1962, apre la strada a un'ampia implementazione della tecnologia digitale sia nella ricerca che nei reattori industriali.

"La moderna tecnologia di controllo nel settore nucleare consentirà applicazioni big data e maggiore affidabilità, " ha detto Clive Townsend, il supervisore per il reattore di Purdue. "Stiamo andando dai tubi a vuoto e dai fili saldati a mano degli anni '60, ai LED, cavi ethernet ed elettronica avanzata."

Le console analogiche tradizionali rendono difficile acquisire i dati di ricerca in modo accurato e rapido, mentre un sistema digitale consente di misurare i valori istantaneamente. Passare al digitale significa che molti più dati possono essere elaborati e analizzati, aprendo le porte a capacità che non sono state ancora possibili nel settore nucleare, come l'analisi predittiva, apprendimento automatico e intelligenza artificiale.

La tecnologia digitale consente inoltre alle strutture del reattore di identificare le interruzioni delle prestazioni che possono verificarsi prima del tempo di manutenzione programmato, rendendoli più sicuri e prolungandone la durata. Se è necessario sostituire delle parti, quelli digitali sono molto meno costosi e più disponibili in commercio rispetto alle parti analogiche.

Mentre i reattori universitari come quello di Purdue non vengono utilizzati per alimentare reti energetiche come i reattori industriali, forniscono una piattaforma per la ricerca. Esempi che potrebbero sorprenderti includono la comprensione di come i metalli pesanti influenzano la salute mentale, identificare le origini di un 1, artefatto di 000 anni o previsione di quanto bene i piloti voleranno con nuovi aerei.

La conversione digitale del PUR-1 è iniziata nel 2012, quando il Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti ha assegnato a Purdue una sovvenzione attraverso il suo programma universitario per l'energia nucleare per sostituire l'attrezzatura del reattore con una strumentazione e un sistema di controllo all'avanguardia. Purdue ha sviluppato e costruito il sistema completamente digitale in collaborazione con Mirion Technologies e Curtiss-Wright Corp.

"L'uso del reattore negli ultimi anni si è spostato dalla ricerca fondamentale sulla fisica dei reattori a servire principalmente come struttura di supporto educativo, " disse Seungjin Kim, il Capitano James F. McCarthy Jr. e Cheryl E. McCarthy Capo della Scuola di Ingegneria Nucleare a Purdue.

"Ora, possiamo tornare a quella ricerca di grande impatto espandendo anche in modo significativo le capacità di insegnamento del reattore, " Egli ha detto.

PUR-1 ora include un video wall di 150 piedi quadrati, che migliora la visualizzazione dei dati e coinvolge potenziali studenti di ingegneria nucleare.

"Il reattore nucleare con strumentazione e controllo completamente digitalizzati è una pietra miliare per la School of Nuclear Engineering di Purdue, " disse Mung Chiang, il John A. Edwardson Decano del College of Engineering di Purdue. "La ricerca e l'insegnamento consentiti dal nuovo PUR-1 contribuiranno anche al prossimo capitolo dell'energia nucleare, sicurezza e protezione nel Paese”.

La licenza NRC statunitense del sistema PUR-1 non ha precedenti in altri modi, inoltre:alcune parti sono certificate dalla Commissione tedesca per gli standard di sicurezza nucleare (KTA), piuttosto che secondo gli standard nazionali.

Storicamente, l'NRC degli Stati Uniti ha accettato solo parti certificate secondo gli standard nazionali, che sono generalmente proibitivi in ​​termini di costi per l'uso. L'NRC degli Stati Uniti ha accettato queste parti in PUR-1 attraverso l'iniziativa dell'agenzia per un processo normativo informato sul rischio e basato sulle prestazioni.

"Il fatto che l'NRC accetti una console digitale per un piccolo reattore di ricerca, con parti certificate secondo gli standard KTA, segnala all'organismo di regolamentazione che si sta muovendo verso l'approvazione in un grande reattore industriale, " ha detto Townsend.

Un reattore universitario digitale offre numerosi vantaggi sia agli operatori del settore che ai contesti educativi. Come banco di prova cyberfisico, collaboratori e partner aziendali saranno in grado di valutare simulazioni di reattori industriali utilizzando la struttura di Purdue come modello e applicare le lezioni apprese e miglioramenti delle migliori pratiche ai propri reattori.

"Testare il codice e le simulazioni in strutture universitarie più piccole consente una maggiore flessibilità, facilità di accesso e cicli di sviluppo più rapidi di quelli disponibili presso i partner industriali più grandi, " ha detto Robert Bean, il direttore della struttura PUR-1 e un assistente professore di ingegneria nucleare a Purdue. "A basso costo, i ricercatori saranno in grado di valutare rapidamente il loro lavoro e ottenere un'implementazione su vasta scala".

La tecnologia digitale significa anche che Purdue può utilizzare il reattore per inviare dati in tempo reale a località remote, aiutare i ricercatori ad abbinare lo stato del reattore in tempo reale ai loro risultati sperimentali, e gli studenti a visualizzare dai loro monitor come risponde un reattore.

"Possiamo inviare segnali alle aree, come le scuole nei paesi in via di sviluppo, che non hanno il lusso di un proprio reattore nucleare e delle relative infrastrutture educative. Finché hanno Internet e questa partnership con Purdue, possono vedere e studiare come funziona il reattore, " ha detto Kim.

Una cerimonia di taglio del nastro per la nuova licenza PUR-1 darà il via a un vertice di tre giorni, "Atomi per l'umanità, " il 3 settembre alla Purdue University.