پژوهشگران در آزمایشگاه ملی اوک ریج (ORNL) با موفقیت یک قطعه مهم برای رآکتور ایزوتوپ شار بالا (HFIR) طراحی، تولید و آزمایش کرده‌اند.
این قطعه که به عنوان یک کپسول “خرگوش” شناخته می‌شود، یک محفظه کوچک است که برای نگهداری مواد آزمایشی در طول تست‌های تابش استفاده می‌شود.
این اولین باری است که از تولید افزایشی برای ایجاد و تأیید یک قطعه برای استفاده در رآکتور هسته‌ای استفاده شده است.
وزارت انرژی ایالات متحده در یک بیانیه مطبوعاتی توضیح داد: ”کپسول‌های نمونه، که معمولاً به عنوان کپسول‌های خرگوش شناخته می‌شوند، در تحقیق در زمینه سوخت‌ها و مواد هسته‌ای استفاده می‌شوند تا آزمایش‌های تابشی در یک رآکتور آزمایشی انجام دهند.”
آنها به دانشمندان اجازه می‌دهند تا نحوه رفتار مواد مختلف را تحت شرایط شدید در داخل مغز یک رآکتور مطالعه کنند.
رویکرد نوآورانه ORNL
به‌طور سنتی، این کپسول‌ها با استفاده از تکنیک‌های ماشینی معمولی ساخته می‌شوند. اما پژوهشگران ORNL تصمیم به استفاده از چاپ سه‌بعدی گرفتند.
تیم از فرآیند همجوشی بستر پودر لیزری برای ساخت کپسول از فولاد ضد زنگ استفاده کرد. این تکنیک پیشرفته شامل ذوب دقیق و لایه‌گذاری فلز پودری برای ایجاد اشکال پیچیده است.
پس از ساخت، کپسول با دقت جمع‌آوری، با مواد آزمایشی بارگذاری و مهر و موم شد.
بیانیه مطبوعاتی توضیح داد: ”کپسول بعد از آن برای نزدیک به یک ماه در HFIR قرار داده شد، جایی که با موفقیت از اثرات محیط شار نوترونی بالای رآکتور عبور کرد.”
ریچارد هوارد، رهبر گروه مهندسی تابشی در ORNL گفت: ”این یک گام مهم به سوی اثبات این است که تولید افزایشی می‌تواند برای توسعه و تأیید قطعات تخصصی که نمی‌توانند ماشینی‌سازی شوند، استفاده شود.”
استفاده از مزایای تولید افزایشی
تولید افزایشی، که به عنوان چاپ سه‌بعدی نیز شناخته می‌شود، مزایای متعددی ارائه می‌دهد. این روش امکان ایجاد طراحی‌های پیچیده با هندسه‌های پیچیده را فراهم می‌کند، چیزی که اغلب با ماشینی‌سازی معمولی غیرممکن است.
علاوه بر این، می‌تواند زمان و هزینه تولید را به‌طور قابل توجهی کاهش دهد و امکان نمونه‌سازی سریع و تغییرات طراحی کارآمد را فراهم کند.
رایان دهو، مدیر تسهیلات نمایش تولید در ORNL، درباره آینده این فناوری خوشبین است.
دهو گفت: ”همانطور که قابلیت اطمینان این قطعات چاپ شده را نشان می‌دهیم، به آینده‌ای نگاه می‌کنیم که در آن تولید افزایشی ممکن است به عنوان روال استاندارد در تولید دیگر قطعات مهم رآکتورها تبدیل شود.”
فشار برای رآکتورهای هسته‌ای پیشرفته
ORNL اکنون قصد دارد ارزیابی‌های پس از تابش دقیقی از کپسول انجام دهد.
این ارزیابی‌ها اطلاعات ارزشمندی در مورد چگونگی عملکرد قطعه چاپ سه‌بعدی در شرایط شدید داخل رآکتور ارائه خواهند داد.
این موفقیت نمایانگر گامی دیگر در پیشرفت مداوم ORNL در بررسی استفاده از چاپ سه‌بعدی برای کاربردهای انرژی هسته‌ای است.
این آزمایشگاه قبلاً یک رآکتور هسته‌ای کوچک کامل را چاپ سه‌بعدی کرده و روش‌هایی برای کاهش زمان بازرسی قطعات هسته‌ای چاپ سه‌بعدی توسعه داده است.
با بهره‌گیری از انعطاف‌پذیری تولید افزایشی، پژوهشگران هدف طراحی و ساخت قطعات پیچیده‌تر و نوآورانه‌تر را برای رآکتورهای پیشرفته دنبال می‌کنند.
بیانیه مطبوعاتی نتیجه‌گیری کرد: ”آزمایش موفقیت‌آمیز کپسول پیش‌بینی می‌شود که راه را برای استفاده از دیگر قطعات تولیدی افزایشی در کاربردهای بحرانی ایمنی در جامعه انرژی هسته‌ای و دیگر صنایع با قوانین سخت‌گیرانه در خصوص ترکیب مواد، طراحی و استانداردهای تأییدی هموار کند.”
