به زودی: یک راکتور هسته ای—با 3D چاپ هسته

یک راکتور هسته ای است که یکی از افراطی ترین انسان-محیط های ساخته شده در این سیاره است. این دانشمندان فقط نمیفهمد چگونه به چاپ.

Kurt Terrani می خواهد برای سرعت بخشیدن به آینده انرژی هسته ای—تا او را تبدیل به گذشته خود. در سال گذشته و نیم Terrani و یک تیم از فیزیکدانان و مهندسین و دانشمندان کامپیوتر در Oak Ridge National Lab در تنسی را طراحی کرده اند و ساخته شده است این قطعات برای یک گاز سرد راکتور هسته ای است. این یک نوع راکتور است که تقریبا به عنوان قدیمی به عنوان عصر هسته ای خود را, اما اوک ریج جدیدترین اتم شکاف متمایز قرن 21 و تاب است. وقتی که می آید آنلاین در سال 2023 آن خواهد بود که اولین راکتور هسته ای در جهان با 3D چاپ هسته.

“آنچه ما در حال انجام است تلاش برای کشف کردن یک راه سریع تر برای ساخت یک هسته سیستم که دارای عملکرد برتر می گوید:” Terrani که مدیر فنی برای اوک ریج چالش تحول راکتور برنامه. “هدف این است که اساسا به تغییر راه ما فراموش هسته ای است.”

صنعت هسته ای یک شهرت برای بودن فوق العاده محافظه کار و مقاوم در برابر تغییر و Terrani ابراز تاسف که همه از امریکا راکتورهای هسته ای هنوز هم با استفاده از تکنولوژی بود که خواب نیم قرن پیش است. “اگر آن را نمی شکست نمی, رفع آن” طرز فکر یک راه برای مدیریت ریسک ذاتی و هزینه های گزاف ساخت جدید نیروگاه های هسته ای اما آن را نیز سرکوب نوآوری در صنعت است که تامین اکثریت قریب به اتفاق از امریکا کربن و انرژی. Terrani نگرانی این است که اگر صنعت هسته ای نیست در آغوش فن آوری های جدید, آن را به زودی منسوخ شده است.

این است که می گویند ما باید شروع به ساختن تجربی نیروگاه های هسته ای بدون سعی و کوشش به دلیل. دلیل صنعت هسته ای حرکت می کند تا به آرامی است که قیمت یک اشتباه بزرگ است—حوادث در چرنوبیل و فوکوشیما شد نسل-تعریف بلایای طبیعی است که هیچ کس می خواهد به تکرار. اما ریسک گریزی متوقف نشده دیگر به شدت محافظه کار صنایع از آغوش فن آوری های جدید. فقط نگاه هوافضا که در آن شرکت در حال حاضر در 3D چاپ تمام راکت پرواز خود فرود هواپیما و گرفتن بوستر در هواپیماهای بدون سرنشین کشتی. و به هر حال بسیاری از پیشرفته راکتورهای در حال توسعه امروز نیست کاملا جدید; آنها تغییر طرح راکتور که با موفقیت ساخته شده است چند دهه پیش. “ما می دانیم که همه این مفاهیم کار می گوید:” Terrani. “مشکل این است که ما نمی توانیم آنها را ساخت سریع و ارزان به اندازه کافی.”

Terrani و همکارانش در حال کار بر روی آن است. بلوط ریج تیم به تازگی نهایی مقدماتی طراحی برای چاپ 3D هسته ای در قلب آن چالش تحول راکتور یا TCR. اگر چه بسیاری از راکتور ساخته خواهد شد از معمولی اجزای اصلی خواهد بود به طور کامل 3D چاپ شده از سیلیسیم کاربید بسیار ناهموار مواد است که همه اما غیر ممکن است به ذوب شدن. استوانه هسته کسل کننده نقره ای فلزی با چندین نامنظم nonagon سوخت مرتب در مرکز آن است. این است که در آن سحر و جادو اتفاق می افتد در یک راکتور هسته ای: آن مسئول برگزاری اورانیوم به سوخت و قطعات است که کنترل واکنش شکافت. هسته طراحی شده و چاپ شده در اوک ریج در کمتر از یک پا و نیم قد بلند و خواهد بود که در یک راکتور است که بسیار بزرگتر از یک چیز قابل آبجو. اما وقتی که می آید آنلاین در 2023, Terrani می گوید: از آن تولید خواهد شد تا به 3 مگاوات برق به اندازه کافی برای پاسخگویی به نیازهای انرژی بیش از 1000 خانه به طور متوسط.

این TCR پیشرفته گاز سرد راکتور است که با استفاده از هلیوم به عنوان مایع خنک کننده در حالی که اکثر عملیاتی راکتور امروز در ایالات متحده استفاده از آب است. گاز سرد راکتور بسیار سوخت کارآمد چرا که آنها در دماهای بسیار بالا—این یکی اجرا خواهد شد در حدود 1200 درجه فارنهایت و Terrani می گوید که چاپ 3D راکتور هسته ای را افزایش بهره وری و حتی بالاتر. علاوه بر سنتی ماشینکاری تکنیک برای ساخت یک راکتور هسته ای خود را محدود طراحی شده است. این شبکه پیچیده ای از کانال های خنک کننده در اووک ریج هسته ای بیش از حد کوچک و غیر مستقیم برای هر گونه معمولی ماشینکاری تکنیک های. اما پس از پرینتر 3D ساخت یک شی با ترکیب فلز با هم لایه لایه مهندسین می ساخت که قبلا غیر ممکن است هسته اصلی طرح است.

“ما دیگر با گیر و خسته کننده هندسه” Terrani می گوید. “به جای استفاده از آرایه ای از کارهایی است که همه به دنبال همان شما می توانید با تغییر طراحی در سراسر هسته ای و سیستم خود را برای پاسخ به محیط زیست است.”

illustration of nuclear reactor

این TCR تیم انجام شبکه عصبی و تحلیل در محل ساخت داده های تصویر تشخیص ناهنجاری در این جزء در مکان های خاص.

تصویر: Vincent Paquit/Oak Ridge National Laboratory, ما وزارت انرژی

3D چاپ نیز کمک خواهد کرد که هسته ای مهندسین دریافت یک تصویر بهتر از آنچه اتفاق می افتد در داخل یک هسته هنگامی که راکتور و در حال اجرا است. در معمولی راکتور هسته ای رفتار کرده است که باید بررسی شود از خارج است. اما طرح های جدید را فعال کنید با چاپ 3D اجازه می دهد برای سنسورهای تعبیه شده است که با ارائه اطلاعات به طور مستقیم از هسته است. بعلاوه, 3D چاپ نیز می دهد هسته ای مهندسین کنترل بیشتر بر فرآیند تولید است. قطعات منحصر به فرد از TCR هسته ای را در هر نقطه از 8 تا 24 ساعت برای چاپ و Terrani می گوید کل هسته را می توان چاپ شده در چند هفته. در طول یک چاپ یک ماشین بینایی الگوریتم در داده ها از دوربین های مادون قرمز و سنسورهای دیگر است که به کمک آن تعیین اگر هر گونه نقص رخ می دهد در چاپ.

اما آن چه می آید بعدی که Terrani می بیند به عنوان بزرگترین تعویض بازی. هنگامی که یک قسمت ساخته شده است به صورت معمولی راکتور هسته ای آن را به رفتن را از طریق گران و کند کردن فرآیند صدور گواهینامه. چقدر گران است ؟ Terrani می گوید: او می داند که از یک نیروگاه هسته ای که تا به حال به پرداخت $20,000 در یک پیچ که در آن هزینه فقط چند سنت به دلیل پیچ بود به خصوص گواهی برای سیستم های هسته ای. (او کاهش یافته است به نام گیاه خاص.)

3D printed nuclear reactors

این تصویر نشان می دهد که سوخت عنصر با دو جداره پوششی و کانال های خنک کننده است که ترکیب بالا در سطح منطقه و شمسی ،

عکس: Ryan Dehoff/Oak Ridge National Laboratory, ما وزارت انرژی

“یکی از گران ترین و وقت گیر مراحل برای یک جزء ساختاری در یک راکتور هسته ای هسته ای هزینه واجد شرایط جزء می گوید:” نیکلاس براون یک مهندس هسته ای در دانشگاه تنسی ناکسویل. “به طور معمول این روند می تواند دهه ها و میلیون ها و یا میلیاردها دلار است.” براون می گوید که هزینه قطعات جدید اجرا بسیار بالا به دلیل و مدارک آنها به طور معمول شامل یک “آشپز و نگاه” فرآیند: یک بخش جدید قرار داده است در یک تست راکتور برای دیدن چگونه آن را انجام مهندسین ایجاد تغییرات در این قسمت بر اساس این داده ها و فرایند تکرار می شود تا زمانی که عملکرد مطابق با انتظارات است. مانند راکتور هسته ای فن آوری های خود را به فرایند از آنها واجد شرایط برای استفاده از گیر در 1970s.

Terrani امیدوار است که reams اعم از اطلاعات تولید شده توسط 3D چاپ قطعات می توانید سرعت بخشیدن به فرآیند صدور گواهینامه و هزینه های پایین تر از گرفتن یک راکتور هسته ای آنلاین. او می گوید که یک 3D-چاپ ویجت اندازه دست خود را به راحتی می تواند تولید صدها گیگابایت اطلاعات در مورد کیفیت بخشی. در صورت وجود نقص آن را نشان می دهد تا در داده ها وجود دارد بدون نیاز به استفاده از سونوگرافی و دیگر آزمون های گران به دنبال آن است. اما به جای داشتن یک انسان غربال کردن از طریق کوه از داده های تولید شده توسط چاپگر 3D محققان در اوک ریج در حال آموزش یک دستگاه الگوریتم یادگیری به استفاده از آن داده ها به منظور بررسی بخش است. “هنگامی که ما را به این مسائل ما را مجبور به بازگشت و صرف چند ماه مدارک چیز” Terrani می گوید. “تصور کنید لحظه ای که شما در حال انجام ساخت و هوش مصنوعی می تواند به شما بگویم اگر آن را خوب یا بد است. که رویای.”

این TCR گاز-سیستم خنک کننده است که اساسا یک نسخه ارتقا یافته تا از X-10, اولین راکتور هسته ای طراحی شده برای عملیات مستمر. ساخته شده در اوک ریج در اوایل 1940s, X-10 تبدیل شده بود برای اولین بار تنها 9 ماه پس از ساخت و ساز آغاز شده است. این حیرت انگیز سرعت, با توجه به این که تنها راکتور هسته ای در دست ساخت در ایالات متحده امروز است که انتظار می رود حداقل 12 سال را به پایان برساند. Terrani امیدوار است که چاپ 3D, هوش مصنوعی و دیگر فن آوری های جدید می تواند به این سرعت سریع از توسعه و استقرار بازگشت به صنعت هسته ای.

“انرژی هسته ای نمی تواند تنها صنعت نیست که اتخاذ هر گونه فن آوری های جدید,” او می گوید. “ما می خواهیم برای باز floodgates و ببینید پیشرفته هسته ای در این کشور است.”


بزرگ تر سیمی داستان
  • اعترافات مارکوس Hutchins هکر که ذخیره شده اینترنت
  • که اختراع چرخ ؟ و چگونه آنها آن را انجام دهد ؟
  • 27 روز در توکیو بای: آنچه اتفاق افتاده است در الماس شاهزاده
  • چرا کشاورزان آزادسازی شیر حتی به عنوان نفر گرسنه
  • نکات و ابزار برای برش مو در خانه
  • 👁 AI آشکار بالقوه Covid-19 درمان است. به علاوه: دریافت آخرین اخبار AI
  • 🏃🏽♀️ می خواهید بهترین ابزار برای دریافت سالم است ؟ ما را بررسی کنید دنده تیم میدارد برای تناسب اندام بهترین انتقالها دنده در حال اجرا (از جمله کفش و جوراب) و بهترین هدفون

tinyurlis.gdv.gdv.htu.nuclck.ruulvis.netshrtco.detny.im