La gestión de residuos nucleares, un desafío global complejo y delicado, está encontrando soluciones innovadoras en campos inesperados. La avanzada tecnología de impresión 3D Nano Dimension emerge como una herramienta prometedora, ofreciendo nuevas vías para optimizar la seguridad, la eficiencia y el manejo de estos materiales sensibles. Descubre cómo la precisión de la fabricación aditiva a microescala está abriendo un nuevo capítulo en la búsqueda de soluciones más seguras y sostenibles para el futuro de la energía nuclear.
La colaboración entre la spin-out de la Universidad de Manchester, Aletheia Imaging Solutions, y el Instituto de Investigación Alemán SKZ ha dado un paso significativo hacia la mejora gestión de residuos nucleares mediante la fabricación aditiva nuclear.
Inicialmente, Aletheia fue contratada por el Instituto de Investigación Nuclear de la Universidad Nacional de Seúl para desarrollar objetivos de calibración 3D. Estos componentes son cruciales para medir la precisión de los datos obtenidos a través de la tomografía computarizada de rayos X, un proceso de evaluación no destructiva (NDE) que analiza la integridad de las «formas de residuos» – los materiales sólidos diseñados para encapsular e inmovilizar los desechos nucleares radiactivos.
Según los informes, los intentos previos de crear estos componentes de referencia a pequeña escala utilizando geopolímero, vidrio de sílice y alúmina se vieron frustrados por la aparición de defectos superficiales. Ante este desafío, Aletheia unió fuerzas con SKZ para aprovechar la experiencia en plásticos del especialista de Würzburg, Nano Dimension, y su avanzada Impresora 3D FabricA 2.0. Utilizando este sistema de impresión 3D Nano Dimension, el equipo logró crear y producir puntos de referencia de calibración de bajo costo y alta resolución, garantizando así resultados precisos en las evaluaciones NDE.
Aunque el proyecto conjunto de SKZ y Aletheia se concibió inicialmente para aplicaciones académicas, Nano Dimension vislumbra un potencial significativo para su escalabilidad en la evaluación industrial de contenedores de desechos radiactivos. Esta tecnología Nano Dimension nuclear podría ofrecer una nueva vía para mejorar la seguridad nuclear impresión 3D y la eficiencia en el almacenamiento de residuos nucleares.
«Estamos muy satisfechos con el progreso y los resultados de esta importante iniciativa», comentó Samuel Johnston, cofundador y director científico de Aletheia. «Aletheia, SKZ y Nano Dimension tienen y continuarán desempeñando un papel fundamental en la evolución y la aplicación práctica de este emocionante proyecto, demostrando el potencial de la impresión 3D residuos nucleares para abordar desafíos complejos.»
La Impresión Micro-3D Optimiza la Gestión de Residuos Nucleares
Fundada en 2021, Aletheia Imaging Solutions es una empresa especializada en metrología industrial, centrada en la creación de objetos de prueba que validan la precisión de los escaneos de rayos X para pruebas no destructivas (NDE). El equipo de investigación nuclear de la Universidad Nacional de Seúl recurrió a la experiencia de Aletheia para mejorar la exactitud de los métodos NDE utilizados en la evaluación de sus formas de desecho nuclear.
La gestión segura y contenida de los desechos radiactivos generados por las centrales nucleares es un desafío crucial, requiriendo soluciones innovadoras hasta que su radiación disminuya a niveles seguros. En este contexto, los científicos en Seúl están desarrollando nuevas formas de desecho basadas en geopolímeros, diseñadas específicamente para inmovilizar el carbono-14. La inspección y validación de la integridad de estas estructuras dependen de métodos NDE basados en rayos X.
La incorporación de objetivos de resolución espacial con dimensiones precisas y predeterminadas se revela fundamental para optimizar la precisión de las tomografías computarizadas de rayos X. Este avance permite a investigadores e ingenieros calibrar el sistema de prueba de manera más efectiva, obteniendo resultados significativamente más confiables en la evaluación de la contención de los residuos nucleares.
Ante estas exigencias, Aletheia y SKZ colaboraron en la construcción de piezas de prueba diseñadas para verificar la precisión de la tomografía computarizada de rayos X y evaluar la capacidad del escaneo para detectar incluso pequeños defectos o daños en las formas de desecho. SKZ, con una sólida experiencia en impresión 3D desde la fundación de su Centro de Producción Aditiva en 2011, empleó su Impresora 3D FabricA 2.0 para fabricar iteraciones plásticas de estos puntos de referencia objetivo. Es importante destacar que esta impresora 3D DLP de alta resolución fue originalmente conocida como Fabrica Tera 250 antes de que Nano Dimension adquiriera su desarrollador, Nanofabrica, en abril de 2021. Esta adquisición estratégica subraya el creciente papel de la impresión 3D Nano Dimension en aplicaciones industriales de alta precisión.
Adquirido en enero de 2023, el sistema de resolución de 1.9 micras de SKZ permitió a la compañía prototipar diseños y ajustar parámetros de manera económica. Los resultados indicaron una mejora sustancial en la calidad de los objetivos y una optimización significativa de su precisión dimensional. Según Nano Dimension, la utilización de la impresión 3D también brindó al equipo la flexibilidad de modificar rápidamente el diseño de la pieza de prueba en respuesta a las necesidades cambiantes de los clientes. Se anticipa que refinamientos adicionales podrían aumentar aún más la fidelidad dimensional y la varianza geométrica, ampliando el espectro de aplicaciones potenciales de esta tecnología en la gestión de residuos nucleares.
En última instancia, a través de este proyecto colaborativo, el equipo logró emplear con éxito la tomografía computarizada de rayos X para examinar la microestructura interna de las formas de desecho de geopolímero basadas en metacaolina. Los investigadores de la Universidad Nacional de Seúl destacaron el valor intrínseco de esta técnica no destructiva para evaluar la integridad de estas estructuras, allanando el camino para futuras investigaciones en el campo de la NDE aplicada a la gestión de residuos nucleares, donde la impresión 3D Nano Dimension podría desempeñar un papel cada vez más relevante.
El Sector de la Energía Nuclear Adopta la Fabricación Aditiva
La fabricación aditiva nuclear está experimentando una creciente adopción en diversas aplicaciones dentro del sector energético, particularmente en la industria nuclear. Este campo, donde la precisión y la seguridad son primordiales, está encontrando en la impresión 3D una herramienta valiosa para la innovación y la optimización de procesos.
Un ejemplo destacado de esta tendencia se dio a principios de este año en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía de los Estados Unidos. Allí, se diseñó, produjo y evaluó exitosamente una cápsula de conejo impresa en 3D, destinada a pruebas cruciales dentro de reactores nucleares. Esta cápsula especializada, un contenedor diseñado para albergar experimentos durante la irradiación en un entorno de prueba dentro del reactor, fue fabricada utilizando la tecnología de Fabricación Aditiva por Fusión Láser en Lecho de Polvo.
Este logro marca un hito al ser el primer componente impreso en 3D de su tipo en resistir con éxito casi un mes en un ambiente de alto flujo de neutrones. Según ORNL, los prometedores resultados de esta investigación podrían ampliar significativamente el valor de la impresión 3D en aplicaciones nucleares críticas para la seguridad, demostrando el potencial de la fabricación aditiva nuclear para superar desafíos técnicos complejos.
Otro avance significativo en la aplicación de la impresión 3D en energía nuclear se produjo el pasado mes de julio, cuando Westinghouse Electric Company, una compañía de energía nuclear con sede en Pensilvania, introdujo nuevas boquillas nucleares impresas en 3D. Estas boquillas de fondo filtrantes, diseñadas para mejorar la captura de escombros y la resistencia del combustible en reactores de agua presurizados (PWR), demostraron un aumento del 30% en la resistencia a los escombros. Según los informes, la fabricación aditiva permitió una flexibilidad de diseño mejorada, lo que a su vez redujo el diámetro de los escombros capaces de ingresar al reactor, contribuyendo a una mayor seguridad y eficiencia operativa.
«Nuestra tecnología de fabricación aditiva nos permite lograr un rendimiento innovador con un impacto positivo inmediato para nuestros clientes», explicó Tarik Choho, presidente de combustible nuclear de Westinghouse. Esta declaración subraya cómo la impresión 3D no solo está facilitando la creación de componentes más eficientes y seguros para la industria nuclear, sino que también está abriendo nuevas posibilidades para la innovación en la gestión de residuos nucleares y otras aplicaciones críticas dentro del sector energético. La adopción de la impresión 3D, incluyendo la impresión 3D Nano Dimension para aplicaciones especializadas, señala un futuro prometedor para la industria nuclear en la búsqueda de soluciones más avanzadas y sostenibles.
Conclusión: La Impresión 3D Marca un Nuevo Capítulo en la Gestión de Residuos Nucleares
La colaboración pionera entre Aletheia, SKZ y Nano Dimension ilustra el potencial transformador de la impresión 3D en la mejora gestión de residuos nucleares. Al superar los desafíos de la fabricación tradicional y lograr la creación de componentes de alta precisión, este proyecto abre nuevas vías para optimizar la seguridad y la eficiencia en un sector de vital importancia.
Este avance se suma a una tendencia creciente en la industria de la energía nuclear, donde la fabricación aditiva nuclear está demostrando su valía en aplicaciones que van desde la creación de componentes para reactores, como lo evidencia el trabajo del ORNL, hasta la mejora de la seguridad operativa, como las boquillas de Westinghouse.
La impresión 3D, en sus diversas formas, desde nuestra GUÍA COMPLETA PARA PRINCIPIANTES Y EXPERTOS hasta la avanzada impresión 3D Nano Dimension y las IMPRESORAS DE RESINA , está impulsando la innovación en sectores tan exigentes como el nuclear. A medida que la investigación y el desarrollo continúan, es probable que veamos una adopción aún mayor de estas tecnologías, ofreciendo soluciones a medida y contribuyendo a una gestión de residuos nucleares más segura, eficiente y sostenible en el futuro.
La imagen destacada muestra la impresora 3D FabricA 2.0 de Nano Dimension. Imagen a través de nano dimensión.
