Исследователи Окриджской национальной лаборатории (ORNL) Министерства энергетики США дорабатывают конструкцию активной зоны ядерного реактора с трехмерной печатью; расширяют процесс производства, необходимый для его создания; и разрабатывают методы для подтверждения согласованности и надежности печатных компонентов.
В 2019 году ORNL запустила программу «Трансформационный реактор для испытаний» (TCR) с целью разработки, изготовления и эксплуатации демонстрационного микрореактора с аддитивной технологией к 2023 году.
Программа использует достижения ORNL в области производства, материалов, ядерной науки, ядерной техники, высокопроизводительных вычислений и анализа данных в смежных областях.
TCR представит новые, передовые материалы и будет использовать интегрированные датчики и средства управления, предоставляя высоко оптимизированную, эффективную систему, которая снижает затраты, опираясь на научные достижения, способные сформировать новый путь в разработке, производстве, лицензировании и эксплуатации реакторов.
«Ядерная промышленность все еще ограничена необходимостью проектировать, строить и внедрять ядерно-энергетические технологии», - сказал директор ORNL Томас Захария.
Министерство энергетики США запустило эту программу с целью поиска нового подхода к быстрой и экономичной разработке решений для преобразования энергии, которые обеспечивают надежную, чистую энергию.
Программа TCR завершила несколько основополагающих экспериментов, включая выбор конструкции активной зоны и трехмесячный «спринт», который продемонстрировал маневренность технологии аддитивного производства для быстрого создания активной зоны реактора-прототипа.
Теперь исследователи сосредоточатся на уточнении выбранного дизайна и процессов, которые обеспечат оптимальную и надежную энергетическую систему.
Аккумуляторная зона TCR будет размещена внутри корпуса из нержавеющей стали марки 304H, изготовленного по общепринятой технологии и имеющего соответствующие характеристики.
Основа состоит из частиц топлива, покрытых нитридом урана, в усовершенствованной конструкции из карбида кремния.
Топливные блоки расположены в современных конструкциях из нержавеющей стали марки 316L и перемежаются с элементами замедления гидрида иттрия.
Гидридный замедлитель минимизирует количество высокопробного, низкообогащенного урана, необходимого для достижения критичности.
Реакторная система будет размещена в вентилируемой камере внутри здания ORNL. TCR станет 14-м ядерным реактором, который будет построен в ORNL.
«В последние несколько месяцев мы активно занимаемся развитием программы и готовы продемонстрировать работу ядерного реактора с 3D-печатью», - сказал Курт Террани, технический директор TCR. «Это основополагающее усилие, которое может открыть шлюзы для быстрых инноваций в ядерном сообществе».
В рамках развертывания ядерного реактора с 3D-печатью программа создаст цифровую платформу, которая поможет в быстром внедрении технологии аддитивного производства ядерной энергии.
«Вся концепция TCR стала возможной благодаря значительному прогрессу в технологии процесса производства присадок», - сказал Террани.
«Используя 3D-печать, можно использовать технологии и материалы, которыми ядерное сообщество не смогло воспользоваться в течение последних нескольких десятилетий. Это включает в себя датчики автономного управления и архив данных, а также новый, ускоренный подход к квалификации, который принесет пользу всему ядерному сообществу».
ORNL сотрудничает с национальными лабораториями Аргонна и Айдахо и взаимодействует с промышленностью, чтобы обеспечить внедрение технологии в коммерческое использование. BWXT обеспечивает производственную поддержку программы в дополнение топливу из структурного изотропного оксикарбида урана (TRISO).