تولید اولین قطعه رآکتور هسته‌ای با چاپ سه‌بعدی در آمریکا

آمریکا برای نخستین بار در تاریخ ایالت متحده قطعه‌ای از رآکتور هسته‌ای را به‌ طور کامل با استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی تولید کرد.

به گزارش تک‌ناک، محققان در آزمایشگاه ملی اوک ریج (ORNL) موفق به طراحی، چاپ سه‌بعدی و آزمایش یک قطعه حیاتی برای رآکتور ایزوتوپی با شار بالا (HFIR)  شدند. این قطعه که به کپسول خرگوشی معروف است، یک محفظه کوچک می‌باشد که برای نگهداری مواد آزمایشی در هنگام آزمایش تابش در رآکتور مورد استفاده قرار می‌گیرد.

وزارت انرژی ایالات متحده در بیانیه‌ای توضیح داد که این کپسول‌های خرگوشی به دانشمندان امکان می‌دهند که رفتار مواد مختلف را در محیط سخت داخل هسته رآکتور بررسی کنند.

این اولین بار است که از فناوری چاپ سه‌بعدی برای ساخت و تأیید یک قطعه برای استفاده در یک رآکتور هسته‌ای بهره‌برداری می‌شود.

رویکردی نوآورانه در رآکتور هسته‌ای با چاپ سه‌بعدی

این کپسول‌ها در گذشته، به‌ طور سنتی با استفاده از تکنیک‌های ماشین‌کاری معمولی ساخته می‌شدند. اما تیم تحقیقاتی ORNL به جای این روش‌ها، از فناوری چاپ سه‌بعدی استفاده کرد.

آنها از فرایند همجوشی بستر پودر لیزر برای ساخت کپسول از فولاد ضد زنگ بهره گرفتند. این روش پیشرفته شامل ذوب دقیق و لایه‌لایه کردن پودر فلز برای ایجاد اشکال پیچیده است. پس از تولید، کپسول با دقت مونتاژ، با مواد آزمایشی پر و سپس مهر و موم شد.

کپسول تولیدشده پس از آماده‌سازی به مدت حدود یک ماه در رآکتور HFIR  قرار گرفت و توانست با موفقیت اثرات محیط با شدت بالای نوترون‌ها را در داخل رآکتور تحمل کند.

ریچارد هاوارد، سرپرست گروه مهندسی تابش در ORNL، این دستاورد را گام مهمی دانست و گفت: «این دستاورد نشان می‌دهد که ساخت افزایشی می‌تواند برای توسعه و تأیید قطعات تخصصی استفاده شود، که نمی‌توان آنها را با روش‌های سنتی ماشین‌کاری ساخت.»

مزایای ساخت افزایشی

ساخت افزایشی یا همان چاپ سه‌بعدی مزایای زیادی دارد. این روش امکان ساخت طرح‌های پیچیده با اشکال هندسی خاص و پیچیده را فراهم می‌کند، چیزی که اغلب با ماشین‌کاری معمولی ممکن نیست.

علاوه بر این، چاپ سه‌بعدی می‌تواند زمان تولید و هزینه‌ها را به‌ طور چشمگیری کاهش دهد و امکان ایجاد نمونه‌های اولیه سریع و اصلاحات طراحی مؤثر را فراهم سازد.

ریان دفاف، مدیر تسهیلات نمایشی تولید در ORNL، در مورد آینده این فناوری ابراز امیدواری کرد و گفت: «ما در حال نشان دادن قابلیت اطمینان این قطعات چاپ‌شده هستیم و آینده‌ای را می‌بینیم که در آن ساخت افزایشی به روال استاندارد برای ساخت قطعات بحرانی رآکتور تبدیل شود.»

گامی مهم برای رآکتورهای هسته‌ای پیشرفته

در ادامه، ORNL قصد دارد ارزیابی‌های دقیق‌تری از عملکرد این کپسول نوآرانه پس از تابش انجام دهد. این ارزیابی‌ها می‌تواند بینش‌های بسیار مهمی در مورد نحوه عملکرد این قطعه چاپ‌شده سه‌بعدی در محیط سخت رآکتور ارائه کند.

این موفقیت گام دیگری در جهت تحقیق و توسعه ORNL در زمینه استفاده از چاپ سه‌بعدی برای کاربردهای انرژی هسته‌ای است. این آزمایشگاه پیش‌تر موفق به چاپ سه‌بعدی یک رآکتور هسته‌ای کوچک و توسعه روش‌هایی برای کاهش زمان بازرسی قطعات هسته‌ای چاپ‌شده سه‌بعدی شده است.

محققان با بهره‌گیری از انعطاف‌پذیری چاپ‌ سه‌بعدی به دنبال طراحی و ساخت قطعات پیچیده‌تر و نوآورانه‌تری برای رآکتورهای پیشرفته هستند.

در نهایت، بیانیه ORNL به این نکته اشاره کرد که آزمایش موفقیت‌آمیز کپسول می‌تواند راه را برای استفاده از سایر قطعات تولیدشده به روش افزایشی در کاربردهای ایمنی بحرانی، نه تنها در صنعت انرژی هسته‌ای بلکه در سایر صنایع با استانداردهای سخت‌گیرانه در زمینه ترکیب مواد، طراحی و تأیید، هموار کند.