قطعات راکتور های هسته ای با پرینتر سه بعدی

یک شرکت مهندسی مستقر در سیاتل به نام USNC با اطمینان کامل اعلام کرده است که چاپ قطعات راکتور های هسته ای با پرینتر سه بعدی را با کمترین هزینه برای نسل جدیدی از راکتورها انجام خواهد داد.

فناوری هسته ای کم هزینه

بر خلاف آنچه ما فکر می کنیم و نگران هستیم ، کاهش هزینه به معنای کاهش ایمنی نیست، زیرا شرکت هسته ای فوق ایمن (USNC) این تضمین را می دهد که هیچگونه جای نگرانی به دلیل ساخت قطعات راکتور های هسته ای با پرینتر سه بعدی جهت کاهش هزینه ها نسبت به سایر روش ها نیست.

با استفاده از تکنولوژی بایندرجت که توسط آزمایشگاه ملی Oak Ridge شرکت USNC قصد دارد از کاربید سیلیکون چاپ شده توسط پرینتر های سه بعدی در ساخت راکتورهای شکافت مدولار خود استفاده کند که به کاهش هزینه های مربوط به راه اندازی راکتورها را از میلیاردها دلار به ده ها دلار کاهش می دهد.

محصول اصلی آن‌ها Micro Modular Reactor راکتور میکرو مدولار (MMR) است که ظاهراً نوعی باتری شکافت است که می‌تواند به سایر MMR‌ ها متصل شود تا قدرت تولید بیشتری تولید کند.

نمایی از یک MMR زیرزمینی

MMR  ها را می توان در هر مکانی نصب کرد زیرا برخلاف راکتورهای هسته ای سنتی، این راکتورها برای کار کردن به زیرساخت های الکتریکی یا حتی آب نیاز ندارند. چندین جزء چاپ شده در MMR وجود خواهد داشت.

فناوری دیگری که از فرآیند چاپ ORNL سود خواهد برد، سوخت FCM است.

کلمه ی  FCM مخفف “Fully Ceramic Micro-encapsulated” است که با کپسوله کردن سوخت استاندارد صنعتی TRISO کار می کند که حاوی محصولات جانبی رادیواکتیو شکافت در پوشش های سرامیکی چاپی لایه ای است که در نهایت منجر به یک سوخت بسیار ناهموار و پایدار با پایداری فوق العاده در دمای بالا می شود.

سوخت FCM

معاون اجرایی بخش هسته ای شرکت USNC می گوید : پیشنهاد ارزش USNC در دو نکته خلاصه می‌شود ،طراحی سیستم‌های انرژی هسته‌ای ایمن و بسیار پیشرفته که با مواد بسیار ایمن و مقاوم در برابر دما سوخت می‌شوند.

پرینت سه بعدی کاربید سیلیکون

پرینت سه بعدی کاربید سیلیکون یک فناوری جدید است که امکانات جدیدی را ارائه می‌کند. اما همچنین به بررسی کامل نیاز دارد تا اطمینان حاصل شود که مواد حاصل و عملکرد آنها مطابق با الزامات سخت‌گیرانه مجوز هسته‌ای و مقررات نظارتی است.

نحوه کار

کل سیستم (به صورت گسترده) به این صورت عمل می کند، یک هسته سوخت اورانیوم به اندازه 1 میلی متر در 3 لایه از مواد مختلف قرار گرفته است تا محصولات جانبی شکافت را به دام بیندازند.

این قطعه کوچک اکنون “ذره TRISO” ذره ایزوتروپیک ساختاری TRi نامیده می شود و این استاندارد رایج صنعتی است که برای ساخت سوخت های هسته ای ایمن استفاده می شود.

ذره  TRISO

مقطع ذرات TRISO، حدود 1 میلی متر عرض

در مرحله بعد، صدها/هزاران ذره از این ذرات TRISO در یک سیلندر ماتریس کاربید سیلیکون به قطر 2 سانتی متر جاسازی شده اند، این امر باعث پایداری دمای بالا می شود و دمای بیش از 2000 درجه سانتیگراد را ممکن می سازد.

fcm

سپس این استوانه‌های کوچک مانند Pez روی هم چیده می‌شوند و در بلوک‌های گرافیتی قرار می‌گیرند که به عنوان تعدیل ‌کننده عمل می‌کنند و باعث کاهش سرعت نوترون‌ها و افزایش احتمال واکنش‌های شکافت در سوخت می‌شوند.

همانطور که در تصویر زیر می بینید، FCM ها روی هم قرار گرفته اند و دما از طریق کانال های خنک کننده هلیوم مایع که در کنار سیلندرها قرار دارند مدیریت می شود.

نمایی از یک fcm

بلوک های گرافیتی با سیلندرهای سوخت داخلی

سپس صدها بلوک گرافیتی در چیزی که کارتریج هسته رآکتور نامیده می شود، شل می شود. این کارتریج حاوی چندین تن مواد هسته ای است و در زیر می توانید آن را با یک انسان برای مقیاس مشاهده کنید.

کارتریج هسته رآکتور

هسته

سپس این هسته در داخل یک ظرف سرامیکی قرار می گیرد که قلب رآکتور میکرو مدولار را تشکیل می دهد. این قسمتی است که طبق USNC شما می‌توانید بدون محدودیت‌های جغرافیایی که توسط زیرساخت‌ها و نیازهای آب تحمیل می‌شود، در هر جایی مستقر کنید و برق تولید کنید.

رآکتور Micro Modular

پروژه ی رآکتور Micro Modular

رآکتور Micro Modular  به عنوان اولین باتری شکافت تجاری موجود در جهان توصیف می‌شود و این شرکت امیدوار است که مهارت‌های هسته‌ای فوق‌العاده ایمن خود را برای چاپ قطعات راکتور های هسته ای با پرینتر سه بعدی به زودی و در سال 2026 به صورت رسمی به جهان معرفی کند .