Úprava 3D modelu jaderného reaktoru

Studuji strojírenský obor na Střední průmyslové škole v Hranicích na Moravě. Jedním z mých koníčků je vytváření a využívání programů pro tisk různých součástek na 3D tiskárně. Na webové stránce www.svetenergie.cz/cs/3d-modely jsou k dispozici soubory pro 3D tisk různých názorných modelů, týkajících se energetiky. Když se mě náš učitel fyziky zeptal, jestli bych se nepokusil do fyzikálního kabinetu na 3D tiskárně vytisknout model jaderného reaktoru, hned jsem souhlasil. Pro tisk první verze jsem využil prakticky bez úprav soubory .stl a jednotlivé díly vytisknul. V dalším textu používám názvy dílů modelu, které jsou uvedeny v PDF souboru „3Dmodel-navod-jaderny-reaktor“ na stránce https://www.svetenergie.cz/#block197407.

Vytištěný model se sice dal bez problémů sestavit, ale ve výuce se ukázalo, že by potřeboval upravit: při manipulaci se občas stalo, že z něj některý z dílů „vypadl“, což byla pro učitele dost nepříjemná komplikace a pro nás žáky zábavné zpestření hodiny. Přemýšleli jsme, jak model upravit, aby nejenom odpovídal reálné konstrukci reaktoru, ale aby byl při demonstraci i dostatečně kompaktní.

Rád bych se se čtenáři „Třípólu“ podělil o zkušenosti s úpravou původního modelu. Základní změnou bylo jeho rozdělení na čtyři samostatné díly:

A – tlaková nádoba reaktoru

B – betonová šachta

C – šachta reaktoru s aktivní zónou

D – blok ochranných trub regulačních a havarijních tyčí    

Některé součásti jsem beze změny převzal z původního modelu (např. betonovou šachtu, aktivní zónu či distanční desky), některé jsem mírně upravil (např. spojení tlakové nádoby s víkem a opěrnou konstrukcí či rozdělení šachty reaktoru) a k největším změnám došlo v bloku ochranných trub. Všechny díly jsem lepil vteřinovým lepidlem, toto spojení je dostatečně pevné a spolehlivé.

A – Tlaková nádoba reaktoru

Oproti původnímu modelu je víko tlakové nádoby už při tisku spojeno s jejím válcovým tělesem. Půlkruh opěrné konstrukce je k tlakové nádobě v odpovídající výšce přilepený.

B – Betonová šachta

Tuto součást jsem z původního modelu převzal beze změny, jenom jsem ji pro lepší názornost nastříkal šedou barvou a zespodu přilepil šedý lepenkový kruh.

C – Šachta reaktoru s aktivní zónou

Místo původní vysoké šachty jsem naprogramoval jen její spodní část, do které je vložena aktivní zóna (vytištěná červeným filamentem).

Hlavní úprava je skryta uvnitř šachty reaktoru: Na jejím vnitřním povrchu jsou přilepeny dva silné neodymové magnety a do protilehlé stěny aktivní zóny je pro ně vyříznutý otvor. Zónu pak napevno vlepíme do šachty a na její horní část přilepíme distanční desku s otvory.

K čemu slouží magnety na vnitřní stěně šachty? Je to jakýsi magnetický zámek. Na vnitřní stěně tlakové nádoby je totiž proti magnetům přilepená nebo přišroubovaná ocelová destička a když do prostoru vložíme šachtu reaktoru, magnety se přitáhnou k destičce a bez další manipulace udrží šachtu na správném místě.

D – Blok ochranných trub  

Tato část modelu je nejkomplikovanější. Použil jsem upravené díly z horní části šachty reaktoru, prostoru bloku ochranných trub a dvě distanční desky. Do stěny je vyvrtaný otvor pro šroub M8/30 mm, kterým je celý blok uchycený v otvoru na zadní stěně tlakové nádoby. Při slepování bloku je důležité, aby otvory v obou distančních deskách byly přesně nad sebou. Jedině tak do nich bude možné spolehlivě zasunovat špejle a demonstrovat tak ovládání regulačních tyčí.

Na obrázku sestaveného bloku je ještě jedna „vychytávka“ (ale ta už není pro používání modelu nezbytná). Do dvojic protilehlých otvorů v distančních deskách jsem vlepil duté nýtky a mezi ně vsunul plastové trubičky. Toto vylepšení názorněji ukazuje účel ochranných trub.  

Demonstrování konstrukce reaktoru a jeho částí je jednoduché. Základním dílem modelu reaktoru je tlaková nádoba. Do její spodní části je vyjímatelně vložena šachta reaktoru, jejíž uchycení zajišťují magnety. Další část modelu – blok ochranných trub – je opět vyjímatelně upevněna k tlakové nádobě, tentokrát šroubem M8 s maticí. Při demonstraci funkce regulačních tyčí zasunujeme do otvorů v distančních deskách špejle (v „luxusní“ verzi jsou součástí i ochranné trouby). Při výkladu je možné popsat konstrukci reaktoru jako celek, nebo model rozdělit a vysvětlovat funkci každého bloku zvlášť.

Pokud se vám aspoň některé nápady z úpravy modelu reaktoru líbily a uvažujete o jejich realizování, přeji vám hodně úspěchů. 

Martin Hruška  

(Všechny fotografie autor.) 

Pozn. redakce: O možnosti tisknout 3D vybraná energetická zařízení podle předloh v programu Svět energie jsme psali zde https://www.3pol.cz/cz/rubriky/navody-na-pokusy/2740-vytisknete-si-vlastni-jaderny-reaktor