الصناعة تلتقي باللوائح النووية
تواجه المفاعلات النووية المتقدمة مفارقة: التصميمات قيد التطوير اليوم يُفترض أن تكون أكثر أماناً وكفاءة ومرونة من المفاعلات الحالية، لكن المسارات التنظيمية التي تحكم بنائها كُتبت للجيل السابق من طرق التصنيع. المواد التي كانت غير متاحة أو غير عملية عند كتابة الرموز يمكن الآن إنتاجها بدقة عالية - لكن لا يمكن استخدامها قانوناً في المكونات النووية حتى تحصل على موافقة رسمية من خلال عمليات المعايير التي قد تستغرق سنوات عديدة.
يعمل Argonne National Laboratory على سد تلك الفجوة. قدم الباحثون في Argonne مسودة Code Case إلى جمعية ASME للمهندسين الميكانيكيين من شأنها تمكين استخدام Laser Powder Bed Fusion - تقنية تصنيع إضافية عالية الدقة - للمكونات المستخدمة في تطبيقات المفاعلات النووية عالية الحرارة. إذا تمت الموافقة، فإن تغيير الرمز سيفتح الباب أمام تصنيع أجزاء درجة نووية بتعقيد هندسي وخصائص مادية لا تستطيع طرق المعالجة الآلية التقليدية تحقيقها بكفاءة.
ما تقدمه Laser Powder Bed Fusion
Laser Powder Bed Fusion هي واحدة من أكثر عمليات طباعة المعادن ثلاثية الأبعاد قدرة. يقوم ليزر عالي الطاقة بدمج مسحوق المعادن بشكل انتقائي طبقة تلو الأخرى، مع دقة الميزات تُقاس بأجزاء من الملليمتر، لإنتاج أجزاء ذات أشكال هندسية معقدة وقنوات تبريد مُحسّنة وتركيبات مادية مخصصة لا تكون عملية أو مستحيلة لمعالجتها من مخزون صلب. بالنسبة لمكونات المفاعلات النووية، يترجم هذا مباشرة إلى حرية التصميم التي لم يتمكن المهندسون من الاستفادة منها سابقاً.
تتطلب مكونات المفاعل الخاضعة لدرجات حرارة عالية وتدفق النيوترونات مواد ذات خصائص دقيقة للهيكل الجزيئي. تعتمد التصنيع التقليدي على تسلسلات معالجة حرارية وآلية محكومة بعناية لتحقيق تلك الخصائص في أشكال هندسية بسيطة. يمكن لـ LPBF إنتاج هياكل جزيئية معادلة أو أفضل في أشكال معقدة عن طريق التحكم في السجل الحراري لكل طبقة مترسبة من خلال معاملات الليزر. والنتيجة هي جزء يطابق أو يتجاوز جودة التصنيع التقليدي مع تمكين أشكال هندسية تحسن الأداء الحراري أو تقلل الوزن أو تبسط التجميع.
عملية ASME Code Case
رمز ASME Boiler and Pressure Vessel هو المعيار التقني المعترف به رسمياً لمعدات تحمل الضغط في المنشآت النووية في الولايات المتحدة. يجب أن تحصل المواد والعمليات المستخدمة في مكونات الأمان النووي ذات الصلة على موافقة Code Case صريحة قبل أن يمكن دمجها في المنشآت المرخصة. الحصول على تلك الموافقة يتطلب تقديم بيانات تقنية حول خصائص المواد وتحكم عملية التصنيع وطرق الفحص غير المدمرة إلى لجان ASME التي تراجع وتصوت على Code Cases الجديدة.
تقديم Argonne لمسودة Code Case هو البدء الرسمي لتلك العملية بـ LPBF. جمع الفريق بيانات حول الخصائص الميكانيكية للعينات المُنتجة بـ LPBF من الفولاذ المقاوم للصدأ والسبائك النيكلية عبر نطاق درجة الحرارة ذي الصلة بتشغيل المفاعلات المتقدمة، وأثبت أن تلك الخصائص تحقق أو تتجاوز الحد الأدنى المطلوب للخدمة النووية.
آثار سلسلة الإمداد والتصميم
سلسلة الإمداد للصناعة النووية للمكونات المتخصصة محدودة بشكل ملحوظ. عدد المصنعين القادرين على إنتاج الحدائد والصبات والمكونات المعالجة آلياً بدرجة نووية صغير، وعملياتهم المؤهلة طويلة، وأوقات تسليمهم للأجزاء الحرجة تُقاس بالسنوات. تم تحديد هذا الاختناق في سلسلة الإمداد بشكل متكرر كعامل يحد من وتيرة بناء مشاريع المفاعلات المتقدمة.
لا تتطلب تصنيع LPBF نفس البنية الأساسية للمسابك المتخصصة كما هو الحال في إنتاج مكونات المفاعلات النووية التقليدية. بمجرد حصول المُصنّع على موافقة Code Case لعملية LPBF المحددة الخاصة به والمعدات، يمكنه إنتاج مكونات المفاعل الروائي مع أوقات تسليم تُقاس بالأسابيع بدلاً من السنوات للأجزاء الأبسط، والأشهر بدلاً من سنوات عديدة للمكونات المعقدة.
ضغط جدول المفاعلات المتقدمة
يعكس توقيت دفع Argonne لـ Code Case الإلحاح المتزايد حول نشر المفاعلات المتقدمة. تتقدم عشرات تصاميم المفاعلات المتقدمة - بما في ذلك المفاعلات الصغيرة للمواقع البعيدة والتصاميم المعتمدة على الملح المذاب والمفاعلات ذات الغاز عالي الحرارة - من خلال عمليات استعراض NRC مع توقع أن يحصل البعض على تصاريح البناء في غضون سنوات قليلة. يتطلب كل من تلك التصاميم سلسلة إمداد من المكونات المؤهلة، وغياب LPBF كطريقة تصنيع معتمدة كان قيداً على مرونة التصميم.
إذا تقدمت العملية عبر استعراض ASME وفقاً لجدول زمني عادي، يمكن أن تصل الموافقة في غضون سنتين إلى ثلاث سنوات - متوافقة مع الجداول الزمنية للبناء للمشاريع الأكثر تقدماً من الجيل القادم وتوفير خيار تصنيع لم يكن موجوداً للجيل الحالي من تصاميم المفاعلات.
هذه المقالة مبنية على التقرير من Interesting Engineering. اقرأ المقالة الأصلية.
Originally published on interestingengineering.com