Американские ученые разрабатывают 3D-печатный ядерный реактор

Исследователи из Национальной лаборатории в Ок-Ридж (ORNL) Министерства энергетики США совершенствуют дизайн напечатанной на 3D-принтере активной зоны ядерного реактора, попутно отрабатывая методы контроля качества и надежности 3D-печатных компонентов.

Ученые ищут решение растущей проблемы: в настоящее время потребности страны в электроэнергии примерно на двадцать процентов покрываются ядерной энергетикой, однако в течение следующих двадцати лет более половины атомных генерирующих мощностей планируется закрыть ввиду истечения эксплуатационного ресурса.

В процессах разработки, постройки и ввода в эксплуатацию ядерных реакторов инженеры традиционно полагаются на материалы, топливо и технологии, разработанные еще в 1950-х и 1960-х. Высокая стоимость и длительные сроки, исчисляемые десятилетиями, серьезно ограничивают возможности США по наращиванию ядерных генерирующих мощностей: за последние двадцать лет в стране взялись за постройку только одной новой АЭС. 

«Атомная отрасль все еще консервативна в подходе к дизайну, конструированию и эксплуатации ядерных энергетических технологий. Министерство энергетики запустило эту программу с целью поиска новых подходов к быстрому и экономичному созданию трансформирующих решений по чистой и надежной энергетике», — рассказывает директор ORNL Томас Захария. 

Демонстрационная программа Transformational Challenge Reactor (TCR) пока носит экспериментальный характер и ставит задачей внедрение наработок ORNL по производственным технологиям, материаловедению, ядерной физике и инженерии, высокопроизводительным вычислениям, анализу данных и смежным направлениям. Работы ведутся высокими темпами несмотря на пандемию, вынудившую ученых работать в удаленном режиме.  

На текущий момент по программе TCR проведен ряд фундаментальных экспериментов — от отбора подходящего дизайна активной зоны до трехмесячного трека по аддитивному производству прототипов реактора. Следующим шагом станет оптимизация выбранной конструкции в сторону повышения эффективности и надежности. 3D-печать и обработка ведутся под постоянным наблюдением, а получаемые данные используются для квалификации изделий и анализа эффективности рабочих процессов с помощью искусственного интеллекта в режиме реального времени. Опытные изделия также подвергаются обширным испытаниям на соответствие заданным характеристикам, а результаты испытаний используются в оптимизации производственных методов.  

«Программа TCR стала возможной благодаря существенному развитию технологий аддитивного производства. Благодаря 3D-печати мы можем применять технологии и материалы, последние несколько десятилетий остававшиеся недоступными атомной промышленности. Сюда входят датчики для почти полностью автоматизированного контроля, обширные архивы данных и новые, более оперативные подходы к квалификации, от которых выиграет вся атомная отрасль», — рассказывает технический директор проекта TCR Курт Террани.  

Частью программы по разработке 3D-печатного реактора станет создание цифровой платформы для передачи технологий предприятиям атомной промышленности с целью оперативного внедрения наработок по использованию аддитивных производственных технологий. Исследователи рассчитывают приступить к испытаниям первого в своем роде реактора к началу 2023 года. 

Технологии 3D-печати уже ограниченно применяются в американской ядерной промышленности: компания Westinghouse Electric на днях отрапортовала об установке 3D-печатного компонента в реактор первого блока АЭС «Байрон» в штате Иллинойс. 

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru