ORNLs 3D-gedruckte Stahlkapseln überstehen Kernreaktortests
Nachweis, dass additiv gefertigte Komponenten die strengen Sicherheitsstandards erfüllen können, die für nukleare Anwendungen erforderlich sind
Das Oak Ridge National Laboratory (ORNL) des Energieministeriums hat einen neuen Meilenstein in der Innovation von Nuklearkomponenten gesetzt und zwei 3D-gedruckte Experimentierkapseln aus Edelstahl im Hochfluss-Isotopenreaktor (HFIR) des Labors erfolgreich getestet. Dies ist ein wichtiger Schritt, um zu zeigen, dass additiv gefertigte Komponenten die strengen Sicherheitsstandards für nukleare Anwendungen erfüllen können.
Diese Kapseln werden zur Aufnahme von Materialproben während Bestrahlungsexperimenten verwendet, damit die Forscher testen können, wie sich diese Materialien in einem Kernreaktor verhalten könnten. Die Kapsel stellt eine Druck- und Eindämmungsbarriere für das Experiment dar, was ein kritisches Sicherheitsmerkmal ist.
Ein ORNL-Team verwendete ein Laser-Pulverbett-System in der Manufacturing Demonstration Facility (MDF) des Labors, um die Kapseln aus 316H-Edelstahl in 3D zu drucken. Diese Stahlsorte wird bewertet, weil sie Hochtemperaturfestigkeit, Korrosions- und Strahlungsbeständigkeit, bewährte kerntechnische Leistung und Schweißbarkeit bietet, die für einen sicheren und dauerhaften Einsatz in Reaktorumgebungen erforderlich sind.
Anschließend montierte das Team die Kapseln und qualifizierte sie für den Einsatz in HFIR durch die ORNL-Gruppe für Strahlungstechnik. Die Kapseln wurden einen Monat lang im Reaktor bestrahlt und anschließend völlig intakt wieder entnommen. Diese Demonstration schafft die Voraussetzungen dafür, dass künftige Nuklearkomponenten mit Hilfe der additiven Fertigung hergestellt werden können.
„Da wir die Zuverlässigkeit dieser gedruckten Komponenten nachweisen, sehen wir eine Zukunft, in der die additive Fertigung bei der Herstellung anderer kritischer Reaktorteile zum Standard werden könnte“, sagte Ryan Dehoff, Direktor des MDF am ORNL.
HFIR bietet eine der weltweit höchsten Neutronenflussumgebungen, die es Forschern ermöglicht, Brennstoffe und Materialien unter Bedingungen wie in einem Kernreaktor zu testen und zu qualifizieren. Die Herstellung und Qualifizierung von Experimentierkapseln für die Bestrahlung von Brennstoff- und Materialproben ist ein kostspieliger und zeitaufwändiger Prozess, der maßgeschneiderte Materialien und Konstruktionen erfordert. Der 3D-Druck könnte die Entwicklung von Experimentierkapseln rationalisieren und die Kosten und den Zeitaufwand für die Herstellung dieser Komponenten erheblich reduzieren, was letztlich zu mehr Innovation in der Nuklearwissenschaft und -technologie führen würde.
„Die Forschungsgemeinschaften für Kernmaterialien und Brennstoffe müssen fortschrittliche Reaktortechnologien qualifizieren, damit sie auch unter sehr rauen Bedingungen funktionieren. Die additive Fertigung wird das Instrumentarium meiner Gruppe erweitern, um innovative Experimente zu entwickeln, die diesem kritischen Bedarf gerecht werden“, sagte Richard Howard, Gruppenleiter in der Abteilung Kernenergie und Brennstoffkreislauf am ORNL.
Diese Arbeit wurde vom DOE Office of Nuclear Energy’s Advanced Materials and Manufacturing Technologies Programm gesponsert.
