رآکتورهای هسته ای مصنوع شده با فناوری طبع سه بعدی به زودی از راه می رسند

هسته ی رآکتور هسته ای یکی از هوا های نامعمول پیدایش انسان روی زمین است و دانشمندان به رطوبت دریافته اند چگونه می توانند چنین هسته ای را چاپ کنند. کورت ترانی، دانشمند بزرگ آزمایشگاه ملی اوک ریج، می خواهد آینده ی انرژی هسته ای را عقب انداختن بخشد؛ بنابراین، به گذشته ی آن روی آورده است. در یک ونیم سال گذشته، ترانی و گروهی از فیزیک دانان و مهندسان و دانشمندان علوم کامپیوتر درون آزمایشگاه ملی اوک ریج در خانه دادن تنسی اجزای رآکتور هسته ای گازسرد را طراحی کرده و ساخته اند.

رآکتور گازسرد نوعی رآکتور است که تقریبا به معادل ی خویشتن عصر هسته ای باستانی است؛ اما جدیدترین شکافنده ی اتم اوک ریج ویژگی متمایز قرن بیست ویکمی دارد. این رآکتور وقتی داخل سال ۲۰۲۳ به وعده ی عملیاتی برسد، نخستین رآکتور هسته ای درون گیتی خواهد حیات که هسته ی آن با فناوری چاپ سه گانه بعدی مخلوق شده است. ترانی مدیر متخصص برنامه ی Transformational Challenge Reactor خواه به خلاصه TCR اوک ریج است. وی درباره ی این موضوع می گوید: «کار کننده که مشغول انجامش هستیم، پیداکردن راهی کندرو برنده برای پیدایش سیستمی هسته ای است که عملکرد عزیز داشته باشد. مرام این است که اساسا طرز اجرای هسته ای را تحول دهیم».

صنعت هسته ای ازنظر محافظه طرز کار شدید و ایستادگی دربرابر تغییر معروف است و ترانی ابراز تأسف می کند که همگی ی رآکتورهای هسته ای آمریکا هنوز در حال استعمال از فناوری ای هستند که رؤیای نصف قرن پیش بوده است. این طرزفکر که «اگر چیزی شکسته نیست، آن را مرمت نکن»، روشی برای مدیریت ریسک فطری و هزینه های گزاف تاسیس نیروگاه های هسته ای جدید است؛ اما درعین حال، نوآوری را داخل صنعتی سرکوب می کند که بخش اعظم انرژی عاری از کربن آمریکا را مهیا می کند. نگرانی ترانی از این روند است که اگر صنعت هسته ای پذیرای فناوری جدید نباشد، به زودی منسوخ خواهد شد.

البته معنای این جریان آن تراشیدن که باید بدون تخمین صلاحیت، پیدایش نیروگاه های هسته ای آزمایشی را مقدمه کنیم. برهان حرکت آهسته ی صنعت هسته ای این است که قیمت محاسبه ی اشتباه بسیار بیش است. حوادث چرنوبیل و فوکوشیما زخم های تأثیرگذاری بود که کسی نمی خواهد تکرار شود.

بااین همه، سربزرگی گریزی مانع از این نشده است که صنایع محافظه کار دیگر فناوری های جدید را مقبول نکنند. به هوافضا نگاه کنید: جایی که شرکت ها اکنون راکت ها را چاپ سه بعدی می کنند و هواپیماهایی به پرواز درمی آورند که بدون احتیاج به خلبان فرود می آیند و تحکیم کننده ها (بوستر) را درون کشتی های بدون سرنشین به فقره می برند. این داخل حالی است که بیشتر رآکتورهای پیشرفته ی در دست توسعه ی امروز جدید نیستند. آن ها طرح های اصلاح شده از رآکتورهایی هستند که تو دهه های گذشته با توفیق ساخته شده بودند. ترانی می گوید:می دانیم تمامی این ایده ها فقره می کند. بغرنج این است که نمی توانیم آن ها را با سرعت زیاد و خرج ی کمتر بسازیم.مقاله های مرتبط:کدام کشورها زیادترین رآکتورهای هسته ای فعال را دارند؟نیروگاه های هسته ای مصون پر حرارت درون راه هستندشروع به کار اولین نیروگاه اتمی شناور روسیه

ترانی و همکارانش مبتلا کار روی این موضوع هستند. تیم اوک ریج اخیرا طرح اولیه ای برای چاپ سه بعدی هسته رآکتور تکمیل کرده است. بیشتر رآکتور از اجزای متعارف و هسته با استفاده از کاربید سیلیسیوم چاپ سه بعدی خواهد شد. کاربید سیلیسیوم ماده ی زیاد ماندگی محسوب می شود که ذوب آن تقریبا ناممکن است. هسته ی سیلندر ای از جنس نقره ی برس خورده است که چندین میله سوخت به لباس نُه ضلعی غیرمنتظم در مرکز آن صبر اندوهناک اند. این همان جایی است که کامل جادوها در رآکتور هسته ای ائتلاف می افتد. این بخش مسئول نگه داشتن بنزین اورانیوم و اجزایی است که نفوذ شکافت را کنترل می کند.

هسته ای که تو اوک ریج مدل سازی و طبع شده، کمینه از نیم متر بالا دارد و درون رآکتوری راحتی داده می شود که چندان بزرگ تر از بشکه ای کوچک زدودن. ترانی می گوید وقتی این طرح داخل سال ۲۰۲۳ به مرحله ی عملیاتی برسد، تا سه مگاوات نیرو تولید می کند که بخاطر برآورده خلق کردن نیاز بیش از هزار ساختمانی ی متوسط کافی است.

TCR رآکتور گازسرد پیشرفته ای است که از هلیوم بوسیله نشانی یخ کننده استفاده می نرم. این تو حالی است که بوسیله این ترانه امروزه در بیشتر رآکتورهای عملیاتی از آب مصرف می شود. رآکتورهای گازسرد ازنظر سوختی بسیار کارآمد هستند؛ زیرا در دماهای بیش بیش حکم می کنند. این استاندارد داخل دمای تقریبی ۶۴۹ درجه سانتی گراد ادا خواهد شد و ترانی می گوید چاپ سه گانه بعد اینده هسته رآکتور موجب افزایش بیشتر بازده همچنین می شود.

علاوه بر این، مصرف از تکنیک های ماشین کاری سنتی برای پیدایش هسته ی رآکتور مدل سازی آن را محدود می کند. شبکه ی پیچیده ی کانال های یخ کننده در هسته اوک ریج برای تکنیک های ماشین کارگر سنتی بسیار کوچک و پرپیچ و خم است؛ اما ازآنجاکه چاپگرهای سه بعدی اشیاء را با اختلاط لایه لایه ی فلزات می سازند، مهندسان می توانند طرح هایی هسته ای بسازند که قبلا ساخت آن ها ناممکن بود. ترانی می گوید:دیگر دربند هندسه های تکراری نیستیم. بوسیله جای کلکسیون ای از ساختارهای یکسان، می توانید طرح را در هسته تغییر دهید و سیستم خویشتن را برای پاسخ گویی به محیط به امر گیرید.

تجزیه و تحلیل شبکه ی خشمناک از موقعیت قطعه داده هایی تصویری ساختن می درنگ که ناهنجاری تو مؤلفه ها را در مکان های ویژه امتیاز می دهد.

چاپ سه گانه بعدی بوسیله مهندسان هسته ای کمک می نرم تصویر بهتری از اتفاقی بوسیله مشت آورند که با راه اندازی و اجرای هسته رآکتور داخل آن رخساره می دهد. داخل رآکتور معمولی، رفتار هسته باید از خارج زیرنظر خمود شود؛ اما طرح های جدیدی که با چاپ سه بعدی امکان پذیر شده ، امکان تعبیه ی حسگرهایی را مجهز می کنند که داده هایی را مستقیما از هسته به ارمغان می آورند.

علاوه براین، چاپ سه بعدی به مهندسان هسته ای امکان کنترل بیشتر روی فرایند تولید را می دهد. طبع قطعات انفرادی هسته TCR تقریبا ۸ تا ۲۴ زمانه زمان می برد و ترانی می گوید طاس هسته را می توان در چندین هفته چاپ کرد. دم چاپ، الگوریتم بینایی ماشین داده ها را از دوربین های مادون سرخ و دیگر حسگرها جمع می کند که به نمره هرگونه نقص تو فرایند طبع دستیار خواهد کرد. بااین حال، این مرحله ی اینده است که ترانی آن را به عنوان ارشد ترین تغییردهنده ی بازی می بیند. وقتی قسمتی از رآکتور هسته ای عادی ساخته شود، باید فرایند گرانبها و آهسته ی کسب مجوز را بگذارند. چقدر گران؟ ترانی می گوید او نیروگاهی هسته ای می شناسد که مجبور شد بخاطر پیدایش پیچی که چند مراسم بیشتر قیمت نداشت، ۲۰ هزاره دلار بپردازد؛ چراکه پیچ بوسیله طورخاص برای کاربرد داخل سیستم های هسته ای مجوز گرفته وجود.

تمثال پاره سوختی را نشان می دهد که پوشش دولایه دارد و طراحی کانال های خنک سازی آن به شکل مارپیچی است و سطح تماس متجاوز زیادی ساختن می کند.

نیکلاس براون، معماری کردن هسته ای در دانشگاه دانشگاه تنسی تو ناکسویل می گوید:یکی از مراحل گران و زمان بر بخاطر پیدایش مولفه ی ساختاری جدید در هسته ی رآکتور هسته ای، جنین ی کیفیت سنجی آن است. معمولا این فرایند می تواند چند دهه زمان و میلیون ها یا میلیاردها دلار هزینه داشته باشد.

بروان می گوید هزینه های اجرای قطعات جدید بسیاز بسیار است؛ زیرا تصرف مجوز آن ها معمولا مانند فرایند «پختن و نگاه کردن» است. مقدر شدن متاخر در رآکتور آزمایش قرار داده می شود تا نحوه ی عملکردش مشاهده شود. سپس، مهندسان براساس این داده ها تغییراتی در آن قسمت ایجاد می کنند و فرایند تا وقتی اعاده می شود که عملکرد انتظارات را برآورده سازد.

همچون خودِ فناوری های رآکتور هسته ای، فرایند تأیید صلاحیت آن ها برای استفاده همچنین به شکل دهه ی ۱۹۷۰ الباقی است. ترانی امیدوار است ظرفیت عظیم داده هایی که ازطریق قطعات چاپ سه اینده شده تولید می شود، بتواند فرایند صدور گواهینامه را تسریع بخشد و هزینه ی عملیاتی کردن رآکتور هسته ای را کاهش دهد. او می گوید هر قطعه ی چاپ سه بعد اینده شده به اندازه ی مشت شما می تواند به آسانی صدها گیگابایت مفروضات درباره ی چونی آن قسمت تولید کند. اگر نقصی وجود داشته باشد، در داده ها مدال داده خواهد شد و بخاطر کشف کردن آن بوسیله مصرف از اولتراسوند و دیگر آزمایش های گرانبها ارزش نیازی تراشیدن.

به جای داشتن الک انسانی در میان انبوه داده های حاصل از چاپگر سه گانه بعدی، پژوهشگران اوک ریج مبتلا آموزش الگوریتم تحصیل ماشین برای استعمال از آن داده ها بخاطر تأیید قطعات هستند. ترانی می گوید:پس از ساختن قطعات، نیازی نیست برگردیم و چند ماه را صرف تأیید صلاحیت آن ها کنیم. لحظه ای را تصور کنید که بخشی را کامل کرده اید و هوش ساختگی به شما می گوید این خوب یا ردی است. این رؤیا است.

سیستم گازسرد TCR اساسا نسخه ی استواری شده ای از X-10 به حساب می آید که اولین رآکتور هسته ای گیتی است و برای بهره برداری مداوم مدل سازی شد. رآکتور X-10 که در اوایل دهه ی ۱۹۴۰ داخل اوک ریج مصنوع شد، فقط ۹ ماه پس از آغاز ساخت اولین کود روشن شد. با توجه به اینکه انتظار می رود تکمیل تنها رآکتور هسته ای در حال پیدایش در آمریکا حداقل ۱۲ سال کشش بکشد، این سرعتی تعجب انگیز است. ترانی امیدوار است چاپ سه مربوط باینده و هوش جعلی و دیگر فناوری های جدید بتوانند سرعت چشمگیر توسعه و گونه اندازی را بوسیله صنعتی هسته ای بازگردانند. او می گوید:انرژی هسته نمی تواند تنها صنعتی باشد که فناوری جدیدی نمی پذیرد. می خواهیم این کار را آغاز کنیم و قدرت هسته ای پیشرفته را درون این کشور ببینیم.بیشتر بخوانید:انویدیا ظاهرا برنامه هایی جدی بخاطر خرید آرم داردآیا پیشگام های مغناطیسی زمین درحال جابه جایی هستند؟HP سرویس مدیریت ابری چاپگر گونه اندازی می کندفیسبوک جانب داری نژادی در الگوریتم های خود را وارسی می کندمایکروسافت ۹۶۰ حقوق بگیر لینکدین را تعدیل کرد