2 декабря 2020

Окриджская лаборатория опубликовала материал о возможностях 3D-печати в атомной отрасли

timesfreepress.com timesfreepress.com

Напечатанные на 3D-принтере ядерные реакторы (если, конечно, такие аппараты когда-нибудь будут построены) смогут проложить дорогу для коммерческих АЭС, вырабатывающих безуглеродную электроэнергию по цене, конкурентоспособной с газотурбинными электростанциями.

По крайней мере, на это надеется Курт Террани, руководитель программы по демонстрации реактора TCR (Transformational Challenge Reactor) в Окриджской национальной лаборатории (ORNL).

На недавнем очередном собрании "Друзей ORNL" он описал прогресс, достигнутый в программе на пути к возможному строительству демонстрационного реактора в лаборатории к 2023 году.

В отличие от других отраслей, считает Террани, "атомная отрасль - это динозавр, не сумевший принять никаких новых технологий". В США это частично произошло потому, что в стране за последние 40 лет не строились перспективные реакторы.

В числе новых технологий, о которых говорил Террани - аддитивное производство, или 3D-печать деталей путём построения их слой за слоем в формах под управлением компьютерной программы. Также он относит к новым технологиям искусственный интеллект (обучение компьютера распознавать тенденции и делать прогнозы на основе собранных данных).

Специалисты ORNL, занятые в программе TCR, совершенствуют конструкцию активной зоны с учётом возможностей 3D-печати. Они масштабируют процесс аддитивного производства, необходимый для нужд TCR, и разрабатывают методы с использованием искусственного интеллекта для подтверждения согласованности и надёжности напечатанных деталей и компонентов.

В программе задействованы три имеющихся в нацлаборатории объекта. Во-первых, это нейтронный источник SNS; во-вторых, высокопоточный исследовательский реактор HFIR и в-третьих - суперкомпьютер "Summit". Финансирование работ по TCR ведётся, в том числе, за счёт средств министерства энергетики США.

"Аддитивное производство обеспечивает нам свободу рук при изготовлении металлических и керамических компонентов, имеющих сложную геометрию и состоящих из новых материалов", - утверждает Террани.

В качестве примера он приводит новые возможности по размещению датчиков: "(При помощи 3D-печати) мы можем встраивать датчики (термопары, оптические кабели...) в конструкции, что позволит лучше контролировать работоспособность реакторной системы и обеспечит автономную работу установки в целом".

На автономность реакторов будущего представитель ORNL сделал особый упор: "Мы хотим достичь автономности в работе для того, чтобы сократить численность персонала. Нам нужно конкурировать с газотурбинной электростанцией, за которой следит всего семеро человек, против четырёх сотен у современной АЭС".

"Мы пытаемся исключать людей из производственных процессов, чтобы сделать процессы дешевле", - добавил Террани.

Ещё одно обстоятельство, чрезвычайно важное, по словам Террани - сроки строительства АЭС. Он напомнил, что первый в мире реактор, "Чикагская поленница", был построен всего за девять месяцев. Сегодня о столь малых сроках никто не может мечтать.

3D-печать способна внести свою лепту в сокращение сроков изготовления оборудования для АЭС. В Окриджской лаборатории уверены, что в будущем на 3D-принтерах станет возможным быстро печатать не только корпуса реакторов, но и активную зону с топливом.

Продемонстрировать это в Окридже собираются при создании реактора TCR, хотя он, конечно, будет небольшим по сравнению с коммерческими энергетическими реакторами. Так, высота TCR составит всего 2,5 фута.(порядка 75 см).

"Мы говорим, что TCR выйдет размерами с большой мусорный бак, но при этом не называем его реактором-мусорным баком. Нет, мы зовём его реактором трансформационного вызова", - подчеркнул Террани. Он также употребляет по отношению к TCR термин "микрореактор".

Непереводимая игра слов. TCR можно расшифровать как "Trash Can Reactor", реактор-мусорный бак или реактор мусорного бака. Настоящая расшифровка названия - "Transformational Challenge Reactor", реактор трансформационного вызова. - Прим. AtomInfo.Ru.

Демонстрационный микрореактор TCR станет пассивно безопасным и надёжным. Его тепловая мощность составит 3 МВт(т).

Охлаждение активной зоны газовое (гелий). Замедлитель - гидрид иттрия. В качестве топлива выбрано TRISO, делящийся материал - нитрид урана. Обогащение - HALEU (до 20%).

Как уже сказано, предполагается, что шаровые элементы TRISO будут напечатаны на 3D-принтере. Топливный материал будет "встроен" в щаровые элементы (по всей видимости, нитрид урана всё-таки печатать не планируется).

Отвечая на вопрос о том, удастся ли выдержать сроки создания и строительства TCR, Террани признал, что это будет зависеть от министерства энергетики и конгресса США.

Он добавил, что программа TCR уже предоставляет некоторые возможности для коммерческих АЭС.