Ko se v pogovorih dotaknemo jedrske energije, se skoraj vedno pojavi vprašanje: “Kaj pa odpadki?” To vprašanje je legitimno – izrabljeno gorivo je še vedno radioaktivno in oddaja toploto, zato ga ni mogoče enostavno “odložiti” kot katerikoli drug material. Prav zato je njegovo ravnanje eno najbolj strogo reguliranih in premišljeno zasnovanih področij v jedrski industriji. Ena od rešitev, ki se uporablja po vsem svetu, je t. i. suho skladiščenje izrabljenega goriva (Dry Cask Storage).

Ker trenutno študiram jedrsko energijo, sem se odločila, da svoje učenje povežem z vizualnim procesom: 3D modeliranjem. Moj cilj ni bil zgolj ustvariti lep vizual, ampak razumeti logiko zgradbe in prikazati, kako celoten sistem dejansko deluje. Pri tem sem se oprla na tehnično dokumentacijo (FSAR – Final Safety Analysis Report) ter postopno gradila model od notranjosti proti zunanjosti. Rezultat je vizualizacija, ki združuje tehnično natančnost in umetniški pristop – z željo, da ljudem približam nekaj, kar je običajno skrito za betonom in jeklom.

V tem članku bom predstavila, kaj je dry cask, čemu služi, in hkrati opisala proces izdelave mojega 3D modela HI-STORM 100S – korak za korakom, s poudarkom na materialih, konstrukciji in vizualnih odločitvah.

Kaj je Dry Cask in čemu služi

Dry cask storage je eden izmed ključnih načinov shranjevanja izrabljenega jedrskega goriva po tem, ko je že nekaj let ohlajeno v bazenu ob reaktorju. Čeprav gorivo po tem času ni več primerno za uporabo v reaktorju, še vedno oddaja toploto in seveda ostaja radioaktivno. Zato potrebuje rešitev, ki zagotavlja dvojno funkcijo: pasivno hlajenje in radiološko zaščito.

Rešitev je na videz preprosta: gorivo se vstavi v jekleno posodo – t. i. multi-purpose canister (MPC), ki je hermetično zavarjena in služi kot primarna pregrada. Nato se MPC vstavi v masivni overpack – to je zunanji vsebnik, ki združuje jekleno konstrukcijo in debel obroč betona. Beton absorbira gama sevanje, dodatni nevtronski absorberji pa zmanjšujejo nevtronski tok. Skupaj ustvarijo sistem, ki učinkovito ščiti tako delavce kot okolico pred sevanjem.

Posebnost dry caska je, da je popolnoma pasiven: nima ventilatorjev ali črpalk, ampak se hladi z naravnim pretokom zraka. V spodnjem delu so odprtine, skozi katere vstopa zrak, se ob steni canisterja segreje in nato izstopi skozi odprtine pri vrhu. S tem se odvede toplota, ki jo gorivo še oddaja, brez premikajočih se delov in brez potrebe po električni energiji. Sistemi, kot je HI-STORM 100S podjetja Holtec, se uporabljajo po vsem svetu. V Sloveniji je Nuklearna elektrarna Krško leta 2023 uvedla različico HI-STORM FW, ki je prilagojena dodatnim varnostnim zahtevam (seizmičnost, poplave). Moj model pa prikazuje standardni HI-STORM 100S, saj omogoča, da se osredotočimo na osnovno logiko sistema.

Proces izdelave modela

1. Zbiranje dokumentacije

Prvi korak je bil dostop do FSAR (Final Safety Analysis Report) za HI-STORM 100S. Tam so zbrani podatki o merah, materialih in konstrukciji. Čeprav so nekateri prerezi poenostavljeni in ne prikazujejo vseh detajlov (npr. lid shield, shear ring), so v kombinaciji z opisi in tabelami materialov nudili dovolj podatkov, da sem lahko sestavila realistično sliko.

2. Fuel basket in MPC

Začela sem z jedrom sistema – košaro za gorivne elemente (fuel basket), ki je vstavljena v multi-purpose canister (MPC).

Košara je narejena iz nerjavnega jekla 304/304L, ob straneh pa so pritrjene posebne neutronske absorber plošče (Boral/Metamic). Te plošče so ključne za varnost, saj absorbirajo nevtrone in preprečujejo možnost kritičnosti. Čeprav so v realnosti skrite, sem jih v modelu jasno označila z ločeno barvno obdelavo, da je njihova prisotnost razumljiva tudi gledalcu.

MPC sem nato oblikovala kot jeklen cilinder z zgornjim pokrovom, zaprtim z varom, kot v realnosti.

3. Overpack in beton

Ko je bila notranjost gotova, sem dodala overpack. Ta sestavljata notranja in zunanja jeklena školjka, med katerima je prostor za plain concrete. Beton sem v modelu prikazala kot masiven obroč – njegov namen je absorpcija gama sevanja in toplotna inercija.

Posebej sem pazila, da sem ujela razmerje med višino (~6,1 m) in premerom (~3,4 m), saj je to ključno za prepoznavnost HI-STORM 100S. Ventilacijske odprtine spodaj in zgoraj sem umestila glede na načrt, saj so bistvene za prikaz pasivnega hlajenja.

4. Zgornji pokrov (lid)

Največ dilem mi je povzročil top lid. V shematskih risbah je prikazan poenostavljeno, v detajlnih prerezih pa vsebuje več slojev:

• Shield block ring, ki zaključi beton,
• Lid shield (jeklena plošča nad betonom),
• Shear ring, ki prevzame obremenitve,
• Heat shield, ki ščiti pred toploto iz notranjosti,
• Top plate s štirimi anchor studs, ki držijo pokrov.

V modelu sem zato zgradila celoten paket, ne samo enostavne plošče. Studse sem dodala z maticami, mrežice pa sem umestila v ventilacijske jaške.

5. Mapiranje materialov

Za vizualni učinek sem pripravila barvno shemo materialov:

• SA-516 Gr.70 jeklo = temno modro-siva,
• Nerjavno jeklo = hladno srebrna,
• Beton = svetlo siva,
• Neutron absorber plošče = ločena barvna obdelava (izobraževalni namen),
• Studs & nuts = črna.

Tako je model jasen tudi za tiste, ki ne poznajo notranje logike sistema.

6. Preverjanje proporcev in detajlov

V vsakem koraku sem preverjala, ali se mere ujemajo z dokumentacijo. Na primer: višina celotnega overpacka (239,5 in = 6,09 m), premer (132,5 in = 3,37 m), višina notranje votline za MPC (191,5 in = 4,87 m). S tem sem dosegla, da model ni le približek, ampak realna reprezentacija.

Vizualni izzivi in interpretacije

Modeliranje dry caska ni bilo zgolj tehnična naloga, ampak tudi vizualni izziv. Dokumentacija (FSAR) pogosto uporablja poenostavljene prereze, kjer so določeni detajli izpuščeni. Na shematski risbi na primer zgornji pokrov izgleda kot enostavna plošča nad betonom. V konstrukcijskih detajlih pa je jasno, da tam obstaja cel paket slojev: shield block ring, lid shield, shear ring, heat shield in top plate. Naloga je bila, da v modelu združim oboje – logiko sheme in dejanske konstrukcije.

Poseben izziv so bile absorber plošče (Boral/Metamic) v košari. V realnosti so to tanki kompozitni elementi, sestavljeni iz aluminijeve matrice z borovim karbidom. Čeprav jih zunanji opazovalec nikoli ne vidi, imajo ključno vlogo: absorbirajo nevtrone in s tem zagotavljajo varnost sistema. V modelu sem jih zato poudarila kot ločen element, da postane njihov pomen očiten tudi ne-strokovnemu gledalcu. Še ena posebnost je bila razlika med zgornjim pokrovom in zunanjim valjem. Pokrov v resnici ni poravnan z obodom, ampak je rahlo vstavljen noter, tako da pokriva tudi ventilacijske jaške. Ta detajl sem želela vključiti, saj je bistven za razumevanje pasivnega hlajenja: zrak pride spodaj, se segreje ob MPC in izstopi pod pokrovom.

Rezultat

Končni model dry caska je združil tehnično natančnost in vizualno interpretacijo. Z zunanjega vidika je razpoznavna silhueta HI-STORM 100S: valj s prezračevalnimi odprtinami pri dnu in vrhu, masivno betonsko jedro in jekleni ovoj, ki daje vtis robustnosti. Ko se model prikaže v prerezu, pa se odprejo notranje plasti: jekleni koš z gorivnimi elementi, absorber plošče, hermetično zaprt MPC in betonski obroč.

Poseben poudarek sem dala zgornjemu delu. Namesto da bi pokrov prikazala kot enostavno ploščo, sem ga sestavila v več slojih – shield block ring, lid shield, shear ring, heat shield, top plate in studs. To je omogočilo, da model pokaže, kako se beton dejansko zaključi in kako je oblikovan prostor za prezračevanje.

Vizualno sem poskrbela, da so materiali razločni: beton svetlo siv, ogljikovo jeklo temno modrosivo, nerjavno jeklo hladno srebrno, absorber plošče pa jasno ločene za didaktične namene. S tem je model postal ne samo tehnično točen, ampak tudi berljiv za gledalca, ki se z jedrsko tehnologijo še nikoli ni srečal.

Rezultat je učni prikaz: orodje, s katerim lahko pokažem, kako dry cask deluje in zakaj je varen.

Proces izdelave modela dry caska mi je pokazal, da je razumevanje tehnologije veliko lažje, ko jo lahko vidiš in dobesedno “sestaviš” pred sabo. Risbe v FSAR so pogosto shematične, a ko sem jih prevedla v 3D obliko, so začele govoriti drugačen jezik – jezik prostora, materialov in logike konstrukcije. Naučila sem se, da vsaka plast, od betona do absorber plošč, ni tam po naključju, ampak ima svoj namen.

Ker je to del mojega študija jedrske energije, sem želela ustvariti most med tehnično stroko in širšo javnostjo. Moj model ni industrijska rekonstrukcija, ampak didaktično orodje in hkrati moj način učenja. V prihodnje bi rada pripravila tudi primerjavo med standardnim HI-STORM 100S in nadgrajeno različico HI-STORM FW, ki jo uporablja NEK.

Vizualizacije v tem članku so avtorsko delo Elite Studio 3D. Namenjene so izključno izobraževalnim in komunikacijskim namenom in niso uradna predstavitev sistemov Holtec International.