Американские ученые придумали, как напечатать ядро ядерного реактора на 3D-принтере

Американские ученые придумали, как напечатать ядро ядерного реактора на...

Фото: Oak Ridge National Laboratory

Инженеры говорят, что реактор будет более эффективным и дешевым

В США команда ученых заявила, что собирается напечатать ядро реактора на 3D-принтере. Они уже определились с дизайном и компонентами, а также напечатали прототип, и в настоящее время работают над его усовершенствованием. Об этом сообщает Wired.

Проект инженеров и физиков из Национальной лаборатории Ок-Риджа получил название Transformational Challenge Reactor (TCR). Проект предполагает строительство ядра реактора со встроенными датчиками и системой управления по новой технологии к 2023 году.

"Мы пытаемся найти более быстрый способ создания ядерной системы, обладающей превосходными характеристиками. Цель заключается в том, чтобы коренным образом изменить то, как мы работаем в ядерной сфере", – говорит технический директор программы TCR Курт Террани.

По его словам, ядро реактора будет напечатано на 3D-принтере из карбида кремния, чрезвычайно прочного материала, который практически невозможно расплавить. Ядро, спроектированное в Ок-Ридже, имеет высоту менее 50 сантиметров и будет размещаться в реакторе, который не намного больше пивной кеги. Но когда он будет подключен к сети, реактор сможет вырабатывать до 3 мегаватт электроэнергии, чего хватит для потребностей более чем 1 тыс. домов. Печать реактора может занять всего несколько недель.

Террани отмечает, что TCR – это усовершенствованный газоохлаждаемый реактор, где в качестве теплоносителя используется гелий, в то время как в большинстве действующих реакторов в США используется вода. Такие реакторы чрезвычайно экономичны, потому что могут работать при очень высоких температурах. Например, TCR может работать при температуре около 649 градусов Цельсия. И Террани говорит, что 3D-печать активной зоны реактора сделает ее еще более эффективной. Сложная сеть каналов охлаждения в ядре Ок-Ридж слишком мала и извилиста для традиционных методов конструирования. Но поскольку 3D-принтеры создают объекты, склеивая металл слой за слоем, инженеры могут создавать ранее невозможные конструкции.

"Мы больше не привязаны к скучной геометрии. Вместо множества вещей, которые выглядят одинаково, вы можете изменить дизайн ядра и заставить свою систему реагировать на обстановку", – говорит Террани.

Также 3D-печать поможет инженерам-атомщикам лучше понять, что происходить внутри активной зоны после запуска реактора. В обычном реакторе активная зона контролируется извне. Но новые дизайны с поддержкой 3D-печати позволяют встроить датчики, которые будут предоставлять данные непосредственно из ядра.

Но эксперт подчеркивает, что атомная отрасль имеет репутацию невероятно консервативной сферы. Причина, по которой атомная отрасль развивается так медленно, заключается в том, что цена просчета очень высока. Такие бедствия как Чернобыли или Фукусима никто не хочет повторять.

Поэтому реактор должен проходить дорогой и медленный процесс сертификации. По словам Террани, случается так, что атомные электростанции тратят 20 тыс. долларов на один болт, который был специально сертифицирован для ядерных систем.

"Один из самых дорогих и трудоемких шагов для нового структурного компонента в активной зоне ядерного реактора – это за траты на аттестацию компонента. Как правило, этот процесс может занять десятилетия и миллионы или миллиарды долларов", – говорит инженер-ядерщик из Университета Теннесси Николас Браун.

Браун говорит, что стоимость новых деталей очень высока, потому что их сертификация обычно включает в себя процесс "сделай и посмотри". Новую деталь помещают в испытательный ядерный реактор, чтобы посмотреть, как она работает. После инженеры вносят изменения в деталь, основываясь на предыдущих выводах. Процесс повторяется до тех пор, пока производительность не будет соответствовать ожиданиям.

Террани надеется, что вместе с появлением деталей, распечатанных на 3D-принтерах, этот процесс упростится. Он говорит, что устройство 3D-печати может легко создавать сотни гигабайт информации о качестве детали. Любые дефекты будут обнаруживаться в данных, и не будет необходимости использовать ультразвук, а также другие дорогостоящие тесты для поиска ошибок.

Кроме этого, для проверки массива данных ученые обучают искусственный интеллект.

"После того, как мы сделаем материал, нам не нужно возвращаться и тратить несколько месяцев на сертификацию. Вообразите момент, когда вы завершили работу над деталями, и ИИ сможет вам сказать, хорошо они сделаны или плохо", – подытожил Террани.

Как ранее сообщал Фокус: