AM становится ядерным: USNC рассказывает, как она использует 3D-печать для производства топлива из FCM

Aug 06, 2023

«Наша миссия — надежная энергия где угодно», — начинает доктор Курт Террани.

Бывший национальный технический директор компанииОкриджская национальная лаборатория(ОРНЛ) беседует сТСТв своей последней роли директора в СиэтлеУльтрабезопасная ядерная корпорация (УСНК). Он считает, что USNC находится на переднем крае разработки ядерного топлива и реакторов, а коммерческая доступность полностью керамического микрокапсулированного (FCM) топлива станет «переломным моментом в производстве энергии с нулевым выбросом углерода» в США и за их пределами. .

Поддержка амбиций компанииExOne's технология струйной обработки связующего вещества, которая облегчает ключевой этап в производстве топлива ККОН из ТСМ. USNC работает с двумя ценностными предложениями. Во-первых, это конструкции ядерных реакторов, которые, пока присутствует гравитация и горячая жидкость поднимается вверх, а холодная жидкость опускается вниз, по своей сути безопасны. И второй — это форма топлива ТСМ, которая создает множество барьеров для выброса радионуклидов, обеспечивая тем самым ядерную безопасность.

В FCM используется стандартное топливо TRISO, которое содержит радиоактивные побочные продукты деления внутри слоистых керамических покрытий, заключенных в полностью плотную карбидную матрицу. Террани объясняет: «Вся игра заключается в том, чтобы удерживать радиацию внутри активной зоны ядерного реактора. В некоторых [традиционных] конструкциях строятся большие сосуды и большие бетонные защитные купола, [но] эти люди еще давно решили, когда переложить это бремя на ядерный реактор. само топливо, поэтому они создали маленькие частицы топлива – около миллиметра в диаметре – и нанесли вокруг них различные слои керамического покрытия».

Исторически частицы топлива могли быть помещены в углеродный клей, который скрепляет небольшие сосуды под давлением, но считается, что это не дает «большого преимущества в плане выброса радионуклидов». Смягчение этого выброса является целью USNC, и для этого компания стремится поместить частицы топлива в оболочки из карбида кремния, которые являются механически, термически и экологически стабильными. Раньше производство карбида кремния высокой чистоты было непростой задачей, но аддитивное производство считается в USNC той технологией, которая облегчает переход.

«Золотым стандартом является спекание материала при очень высоких температурах – более 2000°C – или выполнение процесса, называемого химическим осаждением из паровой фазы, который чрезвычайно дорог», – говорит Террани. «Тогда вы получаете большие куски материала, которые нужно обрабатывать. Это еще одна проблема, [потому что] единственное, что может резать карбид кремния, — это алмаз, поэтому вы погружаетесь в эту игру с чрезвычайно дорогим материалом и чрезвычайно дорогой механической обработкой. Любой, кто смотрит в конце концов решает уйти. Что ж, мы не могли уйти. Карбид кремния — это материал, который нам нужен в нашем ценностном предложении».

Решением здесь является 3D-печать Binder Jet из-за ее способности обрабатывать материалы при комнатной температуре — карбид кремния начнет диссоциировать при более высоких температурах, поэтому процессы, в которых используется электронный луч или лазерный луч, можно исключить.

Хотите обсудить? Присоединяйтесь к обсуждению в Сети аддитивного производства TCT.

Получите БЕСПЛАТНУЮ подписку на печатную версию журнала TCT Magazine.

Примите участие в крупнейшем и наиболее влиятельном мероприятии Великобритании в области 3D-печати и аддитивного производства TCT 3Sixty.

«Мы используем струю связующего для формирования карбида кремния в чрезвычайно сложных структурах, и уникальность этой технологии в том, что она дает вам полную свободу в 3D», — продолжает Террани. «Часто с присадкой есть определенное пространство, где можно изготавливать детали, но с помощью струи связующего можно получить любую геометрию. Итак, затем мы берем этот карбид кремния, очень пористый, и переносим его в другой процесс, называемый химическая инфильтрация паром. У нас есть тело, состоящее из частиц карбида кремния, склеенных друг с другом. Мы выбираем очень чистый, высококристаллический карбид кремния – потому что это то, что нам нужно для нашего применения – и затем небольшое количество связующего вещества уходит когда вы его нагреваете. Затем вы откладываете больше карбида кремния в поры посредством химической инфильтрации пара».