Kerncentrales wekken 20% van de elektriciteit van het land op en zijn de grootste schone energiebron in de VS. Maar om de klimaatverandering verder te compenseren, de kernenergiesector moet de levensduur van bestaande installaties verlengen en nieuwe bouwen.

Dit vereist dat de VS overschakelen van traditionele analoge technologie naar de nieuwste ontwikkelingen in digitale technologie, een wijziging die al in andere landen is doorgevoerd.

De Amerikaanse Nuclear Regulatory Commission heeft de Purdue University Reactor Number One (PUR-1) in licentie gegeven als het eerste volledig digitale instrumentatie- en controlesysteem voor kernreactoren in de natie. De verbeterde reactor en faciliteit, oorspronkelijk gebouwd in 1962, maakt de weg vrij voor wijdverbreide implementatie van digitale technologie in zowel onderzoeks- als industriële reactoren.

"Moderne besturingstechnologie in de nucleaire sector zal big data-toepassingen en een grotere betrouwbaarheid mogelijk maken, " zei Clive Townsend, de supervisor van de reactor van Purdue. "We gaan van de vacuümbuizen en met de hand gesoldeerde draden van de jaren '60, naar LED's, ethernetkabels en geavanceerde elektronica."

Traditionele analoge consoles maken het moeilijk om onderzoeksgegevens nauwkeurig en snel op te nemen, terwijl een digitaal systeem het mogelijk maakt om waarden direct te meten. Digitaal gaan betekent dat er veel meer gegevens kunnen worden verwerkt en geanalyseerd, de deur openen naar mogelijkheden die nog niet mogelijk waren in de nucleaire sector, zoals voorspellende analyses, machine learning en kunstmatige intelligentie.

Dankzij digitale technologie kunnen reactorfaciliteiten ook prestatie-onderbrekingen identificeren die kunnen optreden vóór de geplande onderhoudstijd, waardoor ze veiliger zijn en hun levensduur verlengen. Als onderdelen vervangen moesten worden, digitale zijn veel goedkoper en meer in de handel verkrijgbaar dan analoge onderdelen.

Terwijl universitaire reactoren zoals die van Purdue niet worden gebruikt voor het voeden van energienetwerken zoals industriële reactoren, ze bieden een platform voor onderzoek. Voorbeelden die u misschien zullen verbazen zijn onder meer inzicht in hoe zware metalen de geestelijke gezondheid beïnvloeden, het identificeren van de oorsprong van een 1, 000 jaar oud artefact of uiteindelijk voorspellen hoe goed piloten met nieuwe vliegtuigen zullen vliegen.

De digitale conversie van PUR-1 begon in 2012, toen het Amerikaanse ministerie van Energie Purdue een subsidie ​​toekende via zijn Nuclear Energy University-programma om de reactorapparatuur te vervangen door een ultramodern instrumentatie- en controlesysteem. Purdue ontwikkelde en bouwde het volledig digitale systeem in samenwerking met Mirion Technologies en de Curtiss-Wright Corp.

"Het gebruik van de reactor in de afgelopen jaren was verschoven van fundamenteel reactorfysica-onderzoek naar primair dienen als een educatieve ondersteuningsfaciliteit, " zei Seungjin Kim, de Capt. James F. McCarthy Jr. en Cheryl E. McCarthy Hoofd van de School of Nuclear Engineering in Purdue.

"Nutsvoorzieningen, we kunnen terugkeren naar dat impactvolle onderzoek en tegelijkertijd de onderwijsmogelijkheden van de reactor aanzienlijk uitbreiden, " hij zei.

PUR-1 bevat nu een videomuur van 150 vierkante meter, die de gegevensweergave verbetert en toekomstige studenten nucleaire techniek betrekt.

"De kernreactor met volledig gedigitaliseerde instrumentatie en controle is een mijlpaal voor Purdue's School of Nuclear Engineering, " zei Mung Chiang, de John A. Edwardson decaan van Purdue's College of Engineering. "Het onderzoek en onderwijs dat mogelijk wordt gemaakt door de nieuwe PUR-1 zal ook bijdragen aan het volgende hoofdstuk van kernenergie, veiligheid en zekerheid in het land."

Amerikaanse NRC-licenties voor het PUR-1-systeem zijn op andere manieren ongekend, ook:sommige onderdelen zijn gecertificeerd volgens de Duitse Nuclear Safety Standards Commission (KTA), in plaats van volgens binnenlandse normen.

historisch, de Amerikaanse NRC heeft alleen onderdelen geaccepteerd die zijn gecertificeerd volgens binnenlandse normen, die over het algemeen onbetaalbaar zijn voor gebruik. De Amerikaanse NRC accepteerde deze onderdelen in PUR-1 via het initiatief van het bureau voor een op risico's geïnformeerd en op prestaties gebaseerd regelgevingsproces.

"Het feit dat de NRC een digitale console accepteert voor een kleine onderzoeksreactor, met onderdelen die zijn gecertificeerd volgens de KTA-normen, signaleert de regelgevende instantie op weg naar goedkeuring in een grote industriële reactor, ', aldus Townsend.

Een digitale universiteitsreactor biedt verschillende voordelen voor zowel industriële spelers als onderwijsinstellingen. Als cyberfysisch testbed, medewerkers en zakelijke partners zullen simulaties van industriële reactoren kunnen evalueren met behulp van Purdue's faciliteit als model en geleerde lessen en verbeteringen aan de beste praktijken kunnen toepassen op hun eigen reactoren.

"Het testen van code en simulaties in kleinere universitaire faciliteiten zorgt voor meer flexibiliteit, gemakkelijke toegang en snellere ontwikkelingscycli dan beschikbaar zou zijn bij grotere industriële partners, " zei Robert Bean, de PUR-1 faciliteitsdirecteur en een assistent-professor nucleaire techniek bij Purdue. "Tegen lage kosten onderzoekers zullen hun werk snel kunnen evalueren en volledige implementatie kunnen bereiken."

Digitale technologie betekent ook dat Purdue de reactor kan gebruiken om live gegevens naar afgelegen locaties te sturen, onderzoekers helpen om de reactorstatus in realtime af te stemmen op hun experimentele resultaten, en studenten om vanaf hun monitoren te visualiseren hoe een reactor reageert.

"We kunnen signalen sturen naar gebieden, zoals scholen in ontwikkelingslanden, die niet de luxe hebben van een eigen kernreactorfaciliteit en de daarbij behorende onderwijsinfrastructuur. Zolang ze internet hebben en deze samenwerking met Purdue, ze kunnen zien en bestuderen hoe de reactor werkt, ' zei Kim.

Het doorknippen van het lint voor de nieuw gelicentieerde PUR-1 zal het begin zijn van een driedaagse top, "Atomen voor de mensheid, " op 3 september aan de Purdue University.