رفتن به نوشته‌ها

احیای راکتورهای هسته ای و چاپ سه بعدی « Fabbaloo


[Source: Pixabay]

چارلز آر. گولدینگ و کریستوفر لی به استفاده روزافزون از چاپ سه بعدی فلزی در صنعت هسته ای نگاه می کنند.

قدرت هسته ای

در چند سال گذشته، انرژی پاک مطمئناً یک موضوع داغ بوده است.

با توجه به انتشار کربن در بالاترین حد خود، دولت‌ها در سرتاسر جهان به دنبال یافتن راه‌هایی برای کاهش این انتشار هستند. این امر منجر به افزایش چشمگیر سرمایه گذاری در انرژی باد، خورشیدی و برق آبی شده است. با این حال، شکل دیگری از انرژی پاک برای چندین دهه وجود داشته است.

این شکل از انرژی از طریق فرآیندی به نام شکافت هسته ای که در آن هسته های شکافت پذیر نوترون های حرارتی کم انرژی را جذب می کنند، برداشت می شود. انرژی آزاد شده از طریق جذب نوترون برای تولید بخار استفاده می شود و سپس برای چرخاندن یک توربین استفاده می شود. سپس توربین یک ژنراتور الکتریکی را می چرخاند که به مردم اجازه می دهد از این انرژی استفاده کنند.

این فرآیند در محاوره به عنوان تولید انرژی هسته ای شناخته می شود و به همان اندازه که امیدوارکننده است بحث برانگیز است.

راکتور آب تحت فشار و فرآیندهای تشکیل دهنده آن [Source: Britannica]

بخش بزرگی از این مناقشات بر اساس نگرانی های عمومی در مورد ایمنی انرژی هسته ای است که در طول سال ها سهم عادلانه ای از فراز و نشیب های خود را داشته است. با این حال، منابع زیادی برای ایمن ساختن این شکل از انرژی به اندازه هر شکل دیگر انرژی اختصاص داده شده است.

این گام‌ها به سمت ایمنی انرژی هسته‌ای را به یک موضوع داغ برای طراحان و سازندگان تبدیل کرده است. شاید یکی از امیدوارکننده‌ترین حوزه‌های نوآوری در قلمرو چاپ سه بعدی باشد، جایی که توانایی فناوری ساخت افزودنی برای تولید طرح‌های قطعات بسیار پیچیده در فلز در حال حاضر برای چاپ انواع اجزای مختلف راکتور استفاده می‌شود.

استاندارد سازی

راکتورهای هسته ای نشان دهنده برخی از پیچیده ترین طرح هایی است که تاکنون در مهندسی انجام شده است. در نتیجه این پیچیدگی ذاتی، فشاری برای استانداردسازی اجزای راکتورهای هسته‌ای برای تقویت بیشتر قابلیت اطمینان، کارایی و ایمنی وجود دارد.

استانداردسازی در این زمینه شامل تطبیق رآکتورها در سرتاسر جهان با بسیاری از عناصر طراحی یکسان است تا اطمینان حاصل شود که مهندسان و دانشمندان می‌توانند هنگام ارزیابی راکتورهای هسته‌ای تصمیمات آگاهانه اتخاذ کنند. مزایای استانداردسازی را می‌توان به چهار اصل اساسی تقسیم کرد:

  1. کارایی طراحی و صدور مجوز – استفاده از یک طرح استاندارد، منابعی را که باید برای دستیابی به مجوز اختصاص داده شود، کاهش می دهد.
  2. بررسی طراحی و ایمنی – در طول بررسی های ایمنی، برای تنظیم کننده ها می تواند بسیار راحت باشد که مجبور نباشند روی تجزیه و تحلیل عناصر اصلی طراحی تمرکز کنند و این اجازه می دهد تا منابع به طراحی دقیق و بررسی های ایمنی اختصاص داده شود.
  3. زنجیره تامین پایدارتر – در مرحله ساخت و ساز، چالش های مربوط به فرآیندها، کدها و استانداردها از استانداردسازی بهره می برند.
  4. چرخه عمر محصول کارآمدتر – در طول عمر یک نیروگاه هسته ای، می توان پیشرفت های زیادی در فرآیندهای نیروگاه ایجاد کرد. طرح‌های استاندارد به این معنی است که می‌توان پیشرفت‌ها را در چندین کارخانه پیاده‌سازی کرد.
راکتور آب تحت فشار APR 1400 [Source: Green Car Congress]

این فشار برای استانداردسازی یک فرصت عالی برای پرینت سه بعدی اجزای راکتور است. چاپ سه بعدی می تواند با استانداردسازی بیشتر فرآیند تولید، ثبات زنجیره تامین را تقویت کند. مزایایی نیز می‌تواند با توجه به مواردی مانند بررسی ایمنی و چرخه عمر محصول وجود داشته باشد، زیرا چاپ اجزای چاپ با استفاده از روش‌شناسی تکرارپذیر می‌تواند بررسی‌ها و بهبودهای آینده را ساده‌تر کند.

اجزای راکتور پرینت سه بعدی

یک صفحه کراوات رویی فولادی با چاپ سه بعدی [Source: Forsmark]

به نظر می‌رسد که برای دیدن نیروگاه‌های هسته‌ای که از عناصر طراحی پرینت سه‌بعدی استفاده می‌کنند، نیازی نیست خیلی منتظر بمانیم. نیروگاه هسته ای فورسمارک در سوئد از یک شبکه صفحه ای فولادی پرینت سه بعدی در بالای مجموعه سوخت ATRIUM 11 خود استفاده می کند.

یک هسته راکتور پرینت سه بعدی [Source: Oak Ridge]

آزمایشگاه ملی اوک ریج (ORNL) مستقر در ایالات متحده نیز کلاه خود را با طراحی هسته راکتور هسته ای پرینت سه بعدی از طریق برنامه نمایش راکتور چالش تبدیلی به داخل حلقه انداخته است. آنها امیدوارند تا سال 2023 راکتوری را فعال کنند که از این هسته استفاده کند.

یک فیلتر پرینت سه بعدی زباله سوخت [Source: Westinghouse]

در سال 2022، وستینگهاوس یک فیلتر سوخت پرینت سه بعدی را در دو واحد راکتور آب جوش نوردیک نصب کرد. این فیلترها به طور کامل از طریق پرینت سه بعدی ساخته می شوند و سطوح بالایی از محافظت در برابر زباله های داخل مجموعه سوخت را ارائه می دهند.

اعتبار مالیاتی تحقیق و توسعه

اکنون اعتبار مالیاتی دائمی تحقیق و توسعه (R&D) برای شرکت‌هایی که محصولات، فرآیندها و/یا نرم‌افزار جدید یا بهبودیافته را توسعه می‌دهند در دسترس است.

چاپ سه بعدی می تواند به افزایش اعتبار مالیاتی تحقیق و توسعه شرکت کمک کند. دستمزد کارکنان فنی ایجاد، آزمایش و بازنگری نمونه های اولیه چاپ شده سه بعدی را می توان به عنوان درصدی از زمان واجد شرایط صرف شده برای اعتبار مالیاتی تحقیق و توسعه در نظر گرفت. به طور مشابه، زمانی که به عنوان روشی برای بهبود فرآیند استفاده می شود، زمان صرف شده برای ادغام سخت افزار و نرم افزار پرینت سه بعدی به عنوان یک فعالیت واجد شرایط به حساب می آید. در نهایت، زمانی که برای مدل‌سازی و پیش تولید استفاده می‌شود، هزینه‌های رشته‌های مصرف‌شده در طول فرآیند توسعه نیز ممکن است بازیابی شود.

چه برای ایجاد و آزمایش نمونه های اولیه استفاده شود و چه برای تولید نهایی، پرینت سه بعدی یک شاخص عالی است که فعالیت های واجد شرایط R&D Credit انجام می شود. شرکت‌هایی که این فناوری را در هر نقطه‌ای اجرا می‌کنند باید استفاده از اعتبارات مالیاتی تحقیق و توسعه را در نظر بگیرند.

چشم انداز هسته ای در حال تغییر است

گفته می شود که برخی از مهم ترین نوآوری ها در سخت ترین زمان ها اتفاق می افتد. با اوج گیری جنگ در اوکراین، چشم انداز انرژی جهان به شدت در حال تغییر است. این امر باعث شده است که بسیاری از کشورها در موضع خود در مورد انرژی هسته ای تجدید نظر کنند.

اخیراً، اولاف شولتز، صدراعظم آلمان مسیر خود را تغییر داد و تصمیم گرفت تا سه نیروگاه هسته ای باقی مانده آلمان را تا آوریل 2023 ادامه دهد.

ما همچنین شاهد سرمایه‌گذاری‌های جدید در انرژی هسته‌ای هستیم، مانند پیشنهاد 800 میلیون یورویی اپراتور برق تحت کنترل دولت فرانسه EDF برای خرید یک سازنده توربین هسته‌ای از جنرال الکتریک. این توربین‌های جنرال الکتریک در حال حاضر قوی‌ترین توربین‌های بخار هسته‌ای در حال کار هستند و توانایی خروجی تا 1900 مگاوات در 50 یا 60 هرتز را دارند.

همچنین انتظار می‌رود که شرکت‌های Brookfield Renewable Partners و Cameco Corp. برای خرید Westinghouse که یک نیروگاه هسته‌ای غربی ایجاد می‌کند، به توافق بپردازند. خرید وستینگهاوس به Brookfield Renewable اجازه می دهد تا منابع تولید افزودنی وستینگهاوس را به ارث ببرد، که این امر باعث تقویت بیشتر پیشنهادات آن می شود. احیای صنعت هسته ای با پیشرفت های عمده در فناوری های چاپ سه بعدی همزمان است. این پارادایم جدید امکانات تازه و هیجان انگیزی را ارائه می دهد که مطمئناً باید به پیشرفت آینده کمک کند.



منبع

منتشر شده در اخبار پرینتر و چاپ سه بعدی