Репортаж от Wedoany，Американский стартап NX Atomics заключил партнёрство с чикагской компанией Sciaky, чтобы использовать её технологию электронно-лучевого аддитивного производства (EBAM) для изготовления компонентов своих высокотемпературных малых модульных реакторов (SMR). Это первое масштабное применение данной технологии тяжёлой промышленной 3D-печати в коммерческой атомной энергетике.
NX Atomics, впервые представленный публике в мае этого года, планирует интегрировать технологию EBAM от Sciaky в производственную линию своей реакторной платформы VELA. Группа реакторов VELA предназначена для обхода традиционных электросетей и обеспечения локализованной прямой базовой электроэнергией и технологическим теплом для заводов тяжёлой промышленности и центров обработки данных ИИ, с целевой стоимостью ниже 20 долларов за мегаватт-час.
VELA использует свинцовую систему охлаждения в сочетании с высокостабильной активной зоной на жидком металлическом топливе. Такая конструкция обеспечивает присущую пассивную безопасность, высокую топливную эффективность и исключает риск расплавления. Этот реактор на жидком металлическом топливе со свинцовым охлаждением растворяет ядерное топливо непосредственно в жидкой металлической матрице, а не заключает твёрдые топливные таблетки в металлические оболочки. Жидкая активная зона циркулирует непосредственно через корпус реактора и охлаждается отдельным контуром расплавленного свинца. Сочетание жидкометаллического топлива и чистого свинцового теплоносителя позволяет системе работать при атмосферном давлении, а безопасность обеспечивается естественными физическими законами, исключая взрывы под высоким давлением или расплавление активной зоны.
Физическая активная зона реактора представляет собой цельную конструкцию, специально спроектированную для изготовления с помощью процесса EBAM от Sciaky, что позволяет избежать многомесячных производственных циклов традиционной ковки и литья металлов. Это партнёрство также позволяет планово проектировать определённые компоненты реактора для периодической замены, а не для работы в течение всего срока службы. Такой подход снижает первоначальные капитальные затраты и долгосрочные эксплуатационные расходы.
Переход к крупномасштабному аддитивному производству позволяет NX Atomics обойти длительные сроки поставки и узкие места модернизации, связанные с традиционными процессами ковки и литья металлов. Процесс EBAM от Sciaky использует полностью шарнирную подвижную электронно-лучевую пушку для послойного осаждения проволочного сырья в вакуумной камере. Система обладает крупнейшим в мире пространством для построения металлических 3D-деталей, позволяя изготавливать компоненты длиной до 19 футов, что идеально подходит для производства крупных конструкционных элементов. Система естественным образом совместима с высокопрочными ядерными сплавами, такими как титан, инконель, нержавеющая сталь и тантал.
«Вот как на самом деле выглядит ядерное производство в современную эпоху», — заявил генеральный директор NX Atomics Джон Уорден. «3D-печать позволяет нам производить компоненты ядерного класса быстрее и с меньшими затратами, заменять их по мере необходимости в течение жизненного цикла и значительно снижать удельную стоимость каждого строящегося нами малого модульного реактора».
Благодаря аддитивному производству NX Atomics считает, что сможет производить компоненты быстрее и дешевле, а также проектировать их для замены, а не для постоянного использования, когда это уместно, снижая тем самым первоначальные капитальные и эксплуатационные расходы своей реакторной группы. Системы EBAM от Sciaky уже производят конструкционные компоненты из титана и специальных сплавов для таких клиентов, как Airbus, Lockheed Martin, ВМС США и NASA. В аэрокосмической и оборонной отраслях EBAM и смежные аддитивные технологии за последнее десятилетие прошли путь от прототипирования до полномасштабного производства.
«Sciaky за более чем восемьдесят лет создала технологии производства металлов, на которые полагаются самые требовательные отрасли мира», — заявил генеральный директор Sciaky Джон Крисо. «Наш процесс EBAM производит компоненты, используемые в коммерческих самолётах, военных кораблях и на орбите Земли. Сотрудничество с NX Atomics для внедрения этой возможности в чистую энергетическую инфраструктуру США — естественный следующий шаг, и мы гордимся тем, что две компании со Среднего Запада возглавляют эту трансформацию».
NX Atomics установил весьма амбициозные сроки. Дорожная карта коммерциализации реакторной платформы VELA включает четыре ключевых этапа: от валидации аддитивного производства до развёртывания на площадке. Используя процесс EBAM от Sciaky, NX Atomics стремится сократить стандартный десятилетний цикл разработки ядерных реакторов до более короткого периода.
Первый этап (в ближайшие 18 месяцев) включает печать первого компонента активной зоны субмасштабной конструкции с использованием высокоскоростной электронно-лучевой системы Sciaky для проверки структурной целостности в вакууме. Напечатанные реакторные конструкции из инконеля и титана будут подвергнуты испытаниям на термическое напряжение для моделирования условий свинцовой системы охлаждения. Ранние производственные данные цифровых двойников будут переданы ядерным регуляторам для создания лицензионного пути для 3D-печатных границ гермооболочки.
Второй этап (от 2 до 3 лет) будет включать строительство полномасштабного неядерного испытательного контура с использованием модульной архитектуры компонентов. Не радиоактивный жидкий свинцовый теплоноситель будет циркулировать через напечатанную цельную конструкцию активной зоны при рабочих температурах для проверки гидродинамических характеристик. Модель модульной замены будет проверена путём замены напечатанных компонентов после периодов моделирования высокого износа.
Третий этап (цель: от 4 до 5 лет) окончательно определит безопасность жидкометаллической топливной матрицы внутри напечатанного на Sciaky корпуса. Будет построен первый полностью работоспособный, готовый к подключению к сети модуль реактора VELA. Будут получены местные разрешения регулирующих органов на внесетевое развёртывание на целевых промышленных площадках.
Четвёртый этап (цель: более 6 лет) Первые коммерческие установки VELA будут развёрнуты непосредственно рядом с центрами обработки данных ИИ и тяжёлыми производственными объектами. Будет запущена непрерывная сборочная линия 3D-печати для одновременного изготовления нескольких корпусных конструкций VELA. Масштабы эксплуатации будут расширены для достижения цели обеспечения низкостоимостной энергией промышленных микросетей.
Технология свинцового охлаждения сталкивается с рядом проблем. Реакторы со свинцовым охлаждением должны работать при значительно более высоких базовых температурах, чтобы предотвратить затвердевание теплоносителя. При высоких температурах, необходимых для чистого свинца, жидкий металл обладает высокой коррозионной активностью и интенсивно растворяет никель и хром из стандартных конструкционных сталей. Управление этой проблемой требует точной системы активного контроля кислорода для поддержания защитного оксидного слоя на поверхности металла.
Россия строит первый в мире свинцовый реактор на быстрых нейтронах БРЕСТ-ОД-300, ввод в эксплуатацию которого запланирован на конец 2020-х годов. Шестилетний период, предусмотренный NX Atomics, требует безупречного исполнения, немедленной капитальной поддержки и смены парадигмы на уровне регулирования. Даже достижение четвёртого этапа с коммерческой подачей электроэнергии в начале 2030-х годов будет считаться историческим инженерным достижением.
Разработка БРЕСТа началась не недавно; это результат более чем 30 лет непрерывных исследований. Чтобы сделать его жизнеспособным, Россия создала целую специализированную промышленную экосистему, включая использование исследовательских реакторов БОР-60 и БН-600, а также других специализированных объектов, для проверки его топлива и компонентов в течение десятилетий. Проект опирается на миллиарды долларов государственного финансирования для своего развития.
По сути, NX Atomics делает ставку на то, что использование специальных материалов, таких как тантал или инконель, напечатанных с помощью EBAM от Sciaky, позволит обойти проблему коррозии, а его стратегия «одноразовых или заменяемых компонентов» устраняет необходимость в том, чтобы детали выдерживали более 30 лет работы в среде жидкого свинца. Смогут ли частный венчурный капитал и современное аддитивное производство заменить десятилетия государственных исследований, остаётся огромной неопределённостью.
Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com
