Ядерный реактор, напечатанный на 3D-принтере, обещает более быстрый и экономичный путь к ядерной энергии

Исследователи из Национальной лаборатории Ок-Риджа Министерства энергетики уточняют конструкцию активной зоны ядерного реактора с трехмерной печатью, расширяют процесс производства добавок, необходимых для его создания, и разрабатывают методы для подтверждения согласованности и надежности его печатных компонентов.

Беспрецедентный подход Демонстрационной программы реактора трансформационного испытания ядерной энергии использует достижения ORNL в производстве, материалах, ядерной науке, ядерной технике, высокопроизводительных вычислениях, анализе данных и смежных областях.

Лаборатория стремится включить первый в своем роде реактор к 2023 году. Программа сохранила свои усиленные временные рамки во время пандемии COVID-19, используя удаленную работу для продолжения разработки и анализа.

“Атомная отрасль все еще ограничена тем, чтобы думать о том, как мы проектируем, строим и внедряем ядерно-энергетические технологии”, – сказал директор ORNL Томас Захария. – “Министерство энергетики США запустило эту программу с целью поиска нового подхода к быстрой и экономичной разработке решений для преобразования энергии, которые обеспечивают надежную, чистую энергию”.

Разработка и развертывание реакторов традиционно основывались на материалах, топливе и технологиях, впервые применявшихся в 1950-х и 60-х годах, а высокая стоимость и десятилетия строительства ограничивали Соединенные Штаты строительством только одной новой атомной электростанции за последние 20 лет.

TCR представит новые, передовые материалы и будет использовать интегрированные датчики и средства управления, предоставляя высокооптимизированную, эффективную систему, которая снижает затраты, опираясь на научные достижения, способные сформировать новый путь в разработке, производстве, лицензировании и эксплуатации реакторов.

Программа TCR завершила несколько основополагающих экспериментов, включая выбор конструкции активной зоны и трехмесячный пробег, который продемонстрировал ловкость технологии аддитивного производства для быстрого создания активной зоны реактора-прототипа.

Исследователи теперь сосредоточатся на уточнении выбранного дизайна и процессов, которые обеспечат оптимальную и надежную энергетическую систему. Технологии мониторинга постоянно оценивают производственный процесс, предоставляя потоки данных в реальном времени, которые позволяют в режиме реального времени оценивать печатный материал и анализ производительности с помощью искусственного интеллекта. Команда также проводит обширное тестирование после сборки, чтобы оценить производительность компонентов и установить связи между поведением каждой уникальной детали и ее производственными данными.

“В последние несколько месяцев мы активно развиваем способность сделать эту программу реальностью, и наши усилия доказали, что эта технология готова продемонстрировать ядро ​​ядерного реактора с трехмерной печатью”, – сказал Курт Террани, технический специалист и директор TCR. – “Нынешняя ситуация в ядерной сфере является ужасной. Это фундаментальные усилия, которые могут открыть шлюзы для быстрых инноваций для ядерного сообщества”.

В рамках развертывания ядерного реактора с трехмерной печатью, программа также создаст цифровую платформу, которая поможет в передаче этой технологии в промышленность для быстрого внедрения технологии атомной энергетики с аддитивным производством.

“Вся концепция TCR стала возможной благодаря значительному прогрессу в технологии аддитивного производства”, – сказал Террани. – “Используя трехмерную печать, мы можем использовать технологии и материалы, которые ядерное сообщество не смогло использовать за последние несколько десятилетий. Это включает датчики для почти автономного контроля и библиотеку данных, а также новый и ускоренный подход к квалификации, что пойдет на пользу всему ядерному сообществу”.

С помощью программы TCR, ORNL ищет решение проблемной тенденции. Хотя атомные электростанции обеспечивают около 20 процентов электроэнергии в США, более половины американских реакторов будут выведены из эксплуатации в течение 20 лет, исходя из текущих сроков действия лицензии.

“Программа TCR предоставит новую модель для ускоренного развертывания передовых ядерно-энергетических систем”, – сказал Захария. – “Если стоимость и сроки строительства не будут учтены в ближайшем будущем, Соединенные Штаты в конечном итоге потеряют свой единственный крупнейший источник энергии, свободной от выбросов”.

ORNL сотрудничает с национальными лабораториями Аргонна и Айдахо и взаимодействует с промышленностью, чтобы обеспечить быстрое внедрение новой технологии в коммерческое использование.

Реактор Transformational Challenge основывается на 77-летней истории международного лидерства ORNL в области развития ядерной науки и технологий. Лаборатория стала домом для первого в мире непрерывно работающего реактора, а ее ученые и инженеры стали первыми в области технологий и опыта в первые десятилетия атомного века.

Сегодня лаборатория эксплуатирует Изотопный реактор с высоким потоком, пользовательскую установку Министерства науки, которая обеспечивает ведущий в мире источник нейтронов для различных исследований и производит изотопы для медицины, промышленности и исследования космоса. TCR станет 14-м реактором, построенным и эксплуатируемым ORNL.

“С момента своего создания графитового реактора Х-10 ORNL находится на переднем крае ядерной науки и техники”, – сказал Захария. – “Сегодня наш опыт и беспрецедентные научные инструменты создают возможность наметить новый курс в ядерной области”.

По материалам Techxplore