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3D打印核反应堆有望更快更经济地获得核能

能源部橡树岭国家实验室的研究人员正在完善3D打印核反应堆堆芯的设计,扩大建造核反应堆所需的增材制造工艺,并开发确认其印刷组件的一致性和可靠性的方法。

转型挑战反应堆示范计划采用前所未有的核能方法,充分利用了ORNL在制造,材料,核科学,核工程,高性能计算,数据分析及相关领域的先进技术。

该实验室的目标是在2023年之前启动首个此类反应堆。该计划在COVID-19大流行期间保持了积极的时间表,使用远程工作来继续进行设计和分析工作。

ORNL主任托马斯·扎卡里亚(Thomas Zacharia)说:“ 核工业仍然在思考我们设计,建造和部署核能技术的方式。” “ DOE启动了该计划,以寻求一种新方法来快速经济地开发可转换的能源解决方案,以提供可靠的清洁能源。”

传统上,反应堆的开发和部署依赖于1950年代和60年代首创的材料,燃料和技术,而且高昂的成本和数十年的建造时间使美国在过去20年中只能建造一座新的核电站。

TCR将采用先进的新材料,并使用集成的传感器和控件,从而提供高度优化,高效的系统,以降低成本,并依靠科学进步,有可能在反应堆设计,制造,许可和运行方面开辟新的道路。

转化挑战反应堆演示计划使用热成像来主动监控不锈钢的直接沉积,以3D打印组件。六边形结构的建造花费了将近40个小时,在熔池周围温度达到1400摄氏度以上,在此温度下激光加热并熔化,同时增加新的层。图片提供:美国能源部橡树岭国家实验室

TCR计划已经完成了几个基础实验,包括选择堆芯设计和为期三个月的“冲刺”,以证明增材制造技术可以快速生产原型反应堆堆芯的敏捷性。

研究人员现在将集中精力完善所选的设计和流程,以确保获得最佳而可靠的能源系统。监控技术不断评估制造过程,提供实时数据流,可通过人工智能对印刷材料进行实时鉴定并进行性能分析。该团队还进行了广泛的制造后测试,以评估组件性能并在每个独特零件的行为与其实时制造数据之间建立联系。

TCR技术人员库尔特·特拉尼(Kurt Terrani)表示:“过去几个月来,我们一直在积极开发使该计划成为现实的能力,我们的努力已证明该技术已准备好演示3D打印的核反应堆堆芯。”导向器。“核能的当前形势十分严峻。这是一项根本性的努力,可以为迅速发展核能界打开闸门。”

作为部署3D打印核反应堆的一部分,该计划还将创建一个数字平台,该平台将有助于将该技术推向工业领域,以快速采用增材制造的核能技术。

Terrani说:“由于增材制造工艺技术的重大进步,整个TCR概念成为可能。” “通过3D打印,我们可以使用过去几十年核社区无法利用的技术和材料。这些技术和材料包括用于近乎自主控制的传感器和数据库,以及一种新的加速鉴定方法这将使整个核社区受益。”

通过TCR计划,ORNL正在寻找解决趋势的方案。尽管核电站提供了美国近20%的电力,但根据当前许可证的到期日期,美国有一半以上的反应堆将在20年内淘汰。

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