اهداف هم‌جوشی آینده: تیم رویایی ایالات متحده برای چاپ سه‌بعدی تنگستن برای راکتورهای هسته‌ای
دانشگاه آیووا، به همکاری با وزارت انرژی (DOE)، پروژه تیم رویایی را آغاز کرده است که از فناوری چاپ سه‌بعدی برای ساخت سپرهای مقاوم در برابر حرارت با تنگستن برای راکتورهای هسته‌ای استفاده می‌کند.
تیم رویایی مخفف توسعه یک اکوسیستم محکم برای تولید افزودنی تنگستن برای کاربردهای شدید و مدیریت است.
افزایش نگرانی‌ها در مورد انتشار کربن و اهداف برای رسیدن به انتشار صفر خالص در دهه‌های آینده، انرژی هسته‌ای را به‌عنوان یک منبع بالقوه انرژی عاری از کربن به مرکز توجه قرار داده است.
انرژی حاصل از شکافت هسته‌ای یکی از بزرگترین منابع انرژی پاک در ایالات متحده است. برآوردهای اداره اطلاعات انرژی ایالات متحده نشان می‌دهد که شکافت هسته‌ای ۱۹ درصد از عرضه برق را تامین می‌کند. در مقایسه، توربین‌های بادی تنها ۱۰ درصد از مخلوط انرژی را تامین می‌کنند.
با نگاهی به توسعه فناوری هم‌جوشی هسته‌ای، DOE تیم رویایی را تشکیل داده است.
تیم رویایی چیست؟
به رهبری سوگاتا روی، استاد مهندسی مکانیک در دانشگاه آیووا، تیم رویایی شامل یاچائو وانگ، همچنین استاد مهندسی مکانیک در دانشگاه داکوتای شمالی، و محققان از سه آزمایشگاه ملی DOE، یعنی آزمایشگاه ملی Ames، آزمایشگاه ملی Argonne و آزمایشگاه ملی Oak Ridge است.
روی تخصص خود در تولید افزودنی، یا چاپ سه‌بعدی ، همان‌طور که به طور عمومی شناخته می‌شود، به تیم می‌آورد. او از آن برای ساخت سپرهای حرارتی و اجزای مورد استفاده در داخل راکتورهای هسته‌ای استفاده خواهد کرد.
اگرچه کارهای قبلی او با انرژی پاک مرتبط نیستند، روی علاقه‌مند به کار در این زمینه است. "یکی از چیزهایی که به شدت من را در مورد این پروژه هیجان زده می‌کند، کار با انرژی هسته‌ای است. این برق بدون انتشار برای آینده مهم است،" روی در بیانیه‌ای گفت.
تیم رویایی با تنگستن چه خواهد کرد؟
پروژه تیم رویایی بخشی از برنامه DOE به تحریک تحقیقات رقابتی (EPSCoR) است که برای تقویت قابلیت‌های انرژی مرتبط با ایالات متحده طراحی شده است.
در تیم رویایی، محققان با تنگستن کار خواهند کرد، ماده‌ای که برای دیواره‌های داخلی راکتورهای هسته‌ای انتخاب شده است زیرا دارای دمای ذوب بالایی است و می‌تواند دماهای بالا را تحمل کند. همچنین، به‌عنوان ماده‌ای ترجیحی برای دیواره‌های راکتورهای هم‌جوشی انتخاب می‌شود زیرا در برابر فرسایش هنگامی که با تابش نوترون بمباران می‌شود مقاومت می‌کند و مقادیر بالایی از تریتیوم رادیواکتیو را نگه نمی‌دارد.
مشکل استفاده از تنگستن این است که سخت ولی شکننده است و در فرآیندهای تولید می‌تواند چالش‌برانگیز باشد.
تیم به سرپرستی روی به جای آن از تکنیک رسوب انرژی هدایت‌شده پودر لیزری برای چاپ سه‌بعدی تنگستن استفاده خواهد کرد. در این روش غیر متعارف برای کار با تنگستن، تیم تحقیقاتی از یک لیزر در شرایط کنترل شده با اکسیژن استفاده کرده و تنگستن را به صورت لایه به لایه بر روی دیواره‌های راکتور هسته‌ای چاپ خواهند کرد.
یک کمک هزینه یک میلیون دلاری برای پروژه همچنین به تیم این امکان را می‌دهد که تجهیزات لازم برای تحلیل و توصیف ویژگی‌های مکانیکی نمونه‌های چاپ سه بعدی تهیه کنند. به‌عنوان یک محقق، روی به مدلسازی مبتنی بر فیزیک و شبیه‌سازی‌های محاسباتی که پیش از چاپ سه‌بعدی ضروری هستند، علاقه‌مند است.
محققان با استفاده از یادگیری ماشین و هوش مصنوعی بر اساس یافته‌های تجربی‌شان نظریه‌پردازی خواهند کرد. اما تنگستن تنها شروع کار است.
"ما با تنگستن خالص شروع خواهیم کرد،" روی در یک اطلاعیه مطبوعاتی اضافه کرد. "در نهایت ما آلیاژهای جدیدی توسعه خواهیم داد تا این چالش شکستن راحل کنیم."
