3д-печать топлива Опции

[Татарин]

Реактор - суть большой теплообменник, который передаёт тепло из топлива в АЗ теплоносителю. Почти только этим ограничена его удельная мощность на объём зоны.

3д-печатью топлива (послойным лазерным спеканием из разных порошков) можно печатать структуры с очень большой теплообменной площадью на единицу объёма (в десятки-сотни раз). Можно напечатать жёсткую, цельную зону целиком (кроме элементов управления), избавившись сразу от кучи проблем.

Можно снизить тепловой напор внутри топлива (малое расстояние от середины топлива до границы теплообмена), температуру, запасённую энергию и повысить безопасность. Можно одновременно же увеличить объёмный теплообмен в десятки (а то и сотни) раз и повысить удельную мощность зоны.
Даже для "энергетических" реакторов тут может быть выгодный размен стоимости и безопасности реактора на чуть более дорогое топливо, а для транспортных реакторов - вообще чудо.

Мелькали сообщения о том, что англичане пытаются печатать топливо ядерных реакторов.

Работают ли в России над таким?

[AtomInfo.Ru]

Работают ли в России над таким?

Не самое свежее интервью, но эта тема в разговоре была затронута.
http://atominfo.ru/newsy/z0735.htm

[Татарин]

Не самое свежее интервью, но эта тема в разговоре была затронута.
http://atominfo.ru/newsy/z0735.htm

Как-то печально. Интервьюируемый смысла и контекста вопроса даже не понял. :\

[AtomInfo.Ru]

Как-то печально. Интервьюируемый смысла и контекста вопроса даже не понял. :\

Мы конструкторам такие вопросы тоже задавали, когда начиналась мода на 3D-печать.
Общая идея, если её кратко сформулировать - в налаженном процессе производства "типового" топлива 3D мало что даст. Какие-то конкретно фрагменты кассеты можно пробовать, и не более того.
А вот если речь идёт о чём-то принципиально новом, где топливо будет выглядеть иначе - там возможны варианты.

[Ирина Дорохова]

Работают ли в России над таким?

Антидебризные фильтры печатают. Выгородку атомного реактора тоже. И вот еще: "пройдут испытания и подтверждение характеристик четырех изделий – рабочего колеса, клеммной коробки, вытеснителя и угольника. Первые два устанавливаются в насосах, вторые – в парогенераторном оборудовании. Следующий шаг – оформление технического решения на их использование в реакторной установке РИТМ-200. Предполагается, что уже в 2025 году их смогут устанавливать в реакторные установки для атомных станций малой мощности или новых атомных ледоколов. В Росатоме также намерены постепенно выйти на печать элементов реакторов малой мощности – над этим уже работает предприятие Росатома «Гидропресс»"

[AtomInfo.Ru]

Антидебризные фильтры печатают. Выгородку атомного реактора тоже. И вот еще: "пройдут испытания и подтверждение характеристик четырех изделий – рабочего колеса, клеммной коробки, вытеснителя и угольника. Первые два устанавливаются в насосах, вторые – в парогенераторном оборудовании. Следующий шаг – оформление технического решения на их использование в реакторной установке РИТМ-200. Предполагается, что уже в 2025 году их смогут устанавливать в реакторные установки для атомных станций малой мощности или новых атомных ледоколов. В Росатоме также намерены постепенно выйти на печать элементов реакторов малой мощности – над этим уже работает предприятие Росатома «Гидропресс»"

О том и речь, что твэл ВВЭРа печатать бессмысленно, а некие конструктивы можно попробовать. Пока не более того.

[alex_bykov]

По топливу, 3d-печать бессмысленна до тех пор, пока оболочка является одним из барьеров безопасности. Ни один принтер не гарантирует надёжность при PCI на уровне проката. А развитая поверхность самого топлива внутри оболочки - ну, такое себе решение (проценты теплосъёма против потерь в массе загрузки топлива.

По 3d-печати нетопливных элементов. Не торопитесь за рекламными проспектами Росатома. Пока то, что напечатали, можно показывать на выставках, но не ставить в активную зону - нет никаких гарантий того, что сам антидебрисный фильтр не станет источником дебриса. Работы идут, но... это надолго.

[Татарин]

По топливу, 3d-печать бессмысленна до тех пор, пока оболочка является одним из барьеров безопасности. Ни один принтер не гарантирует надёжность при PCI на уровне проката. А развитая поверхность самого топлива внутри оболочки - ну, такое себе решение (проценты теплосъёма против потерь в массе загрузки топлива.

Ну, тут есть варианты...
Например, если "ни один принтер не гарантирует", это могло бы стимулировать работы над тем, чтобы хотя бы один принтер гарантировал бы.
Или, например, "запекать" можно механическую структуру, барьер изготавливать отдельно, в духе и по образцу TRISO: каждая микрочастица топлива имеет барьер вокруг неё (совершенно не обязательно, что из графита, может, и из осаждённого металла), запекаемая принтером металлическая структура просто держит частицы и обеспечивает теплоотвод.

Всё равно при таком раскладе путь тепла из топлива до теплоносителя много меньше, чем из середины таблетки традиционного ТВЭЛа, а удельная площадь на объём много больше. Если мы сможем увеличить объёмную площадь в 10 раз, удельная мощность растёт пропорционально, а вместе с ней почти пропорционально падает цена (самого реактора без обвязки, конечно, но и это дофига).

[Ирина Дорохова]

Чо мелочицца-то, надо активную зону сразу в реакторе печатать. Прямым выращиванием ))

[AtomInfo.Ru]

Чо мелочицца-то, надо активную зону сразу в реакторе печатать. Прямым выращиванием ))

Ну так "Дрионы" выращивали. До такого уровня технологий планета Земля ещё не дошла

[Ирина Дорохова]

До такого уровня технологий планета Земля ещё не дошла

И Вы еще изволите этому радоваться??? )))

[alex_bykov]

Ну, тут есть варианты...
Например, если "ни один принтер не гарантирует", это могло бы стимулировать работы над тем, чтобы хотя бы один принтер гарантировал бы.
Или, например, "запекать" можно механическую структуру, барьер изготавливать отдельно, в духе и по образцу TRISO: каждая микрочастица топлива имеет барьер вокруг неё (совершенно не обязательно, что из графита, может, и из осаждённого металла), запекаемая принтером металлическая структура просто держит частицы и обеспечивает теплоотвод.

Всё равно при таком раскладе путь тепла из топлива до теплоносителя много меньше, чем из середины таблетки традиционного ТВЭЛа, а удельная площадь на объём много больше. Если мы сможем увеличить объёмную площадь в 10 раз, удельная мощность растёт пропорционально, а вместе с ней почти пропорционально падает цена (самого реактора без обвязки, конечно, но и это дофига).

Плюсы всегда сопровождаются минусами. Развитая поверхность всегда сопровождается точками её перегиба и, как следствие, узлами напряжения, т.е. потенциальными местами разгерметизации (в этом отношении идеален как раз шар). Да и экономика твэлов с развитой поверхностью никакая, как из-за стоимости самой печати, так и из-за уменьшения массы урана в единице объёма.

Пробовать, конечно, надо, но пока это НИР, даже не НИОКР.

[neofeed]

Чо мелочицца-то, надо активную зону сразу в реакторе печатать. Прямым выращиванием ))

К чему эти полумеры - шаг вперед и два назад? Активную зону надо печатать вместе с корпусом реактора.

[Татарин]

К чему эти полумеры - шаг вперед и два назад? Активную зону надо печатать вместе с корпусом реактора.

А вот запросто.

Котлы, как известно, бывают водотрубные (когда трубки с водойвгреются огне и дыме) и жаротрубные (когда огонь и дым в трубах через бочку с водой).
Вот по некоторым причинам (типа оптимального водоуранового соотношения, например) все нынешние реакторы - аналоги жаротрубных котлов.
А настоящие котлы на обычном топливе в большой энергетике почти все сейчас водотрубные, так - много лучше. Потому что так проще и много дешевле держать воду под высоким давлением.

Так вот вопрос: почему реактору на быстрых нейтронах нельзя сделать то же самое, почему через сплошную активную зону из чистого топлива не протянуть трубки теплоносителя?

Площадь теплообмена теплоносителя с топливом и удельная мощность может остаться той же. А вот компактность зоны можно повысить в разы.
Напечатаем зону без давления и загерметизируем, протянем оптимально трубки с теплоносителем, помножим на ноль (или около того) проблемы с гидродинамикой. Резко повысим и выгорание, и энергозапас зоны.

Раньше, без печати топливом, такое изготовить было сложно - теплопроводность была бы никакая. А сейчас - вполне можно думать.

[armadillo]

а менять топливо потом целиком зону выскребая из нее каналы охладителя?

те для жидкосолевого это еще туда-сюда.

Сообщение отредактировал armadillo - 19.7.2024, 17:15

[Татарин]

а менять топливо потом целиком зону выскребая из нее каналы охладителя?

те для жидкосолевого это еще туда-сюда.

В смысле "выскребая"? наружние оболочки ТВЭЛ разве "выскребают" сейчас? НЯЗ, режут как есть и как есть в расплав/раствор кидают. Всё равно они испачканы по самое "не могу".

А менять - да, именно целиком. Как компактное целое.

[arcanist]

Котлы, как известно, бывают водотрубные (когда трубки с водойвгреются огне и дыме) и жаротрубные (когда огонь и дым в трубах через бочку с водой).
Вот по некоторым причинам (типа оптимального водоуранового соотношения, например) все нынешние реакторы - аналоги жаротрубных котлов.

разве CANDU не аналог водотрубного?

[Ирина Дорохова]

А менять - да, именно целиком. Как компактное целое.

Таак... попробуем представить картинку. у нас есть внутренняя труба, по которой течет теплоноситель. У нас есть "утеплитель" = топливо вокруг (условно) средней части этой трубы. И у нас есть внешняя труба - она же корпус. При этом вся эта система должна подразумевать возможность пристегнуть и отстегнуть ее от (условно) левой и правой частей трубы, по которой течет теплоноситель на вход и выход. Так, да? И средняя часть трубы вместе с топливом и корпусом должны печататься на принтере, так?

[nuc]

По топливу, 3d-печать бессмысленна до тех пор, пока оболочка является одним из барьеров безопасности. Ни один принтер не гарантирует надёжность при PCI на уровне проката. А развитая поверхность самого топлива внутри оболочки - ну, такое себе решение (проценты теплосъёма против потерь в массе загрузки топлива.

По 3d-печати нетопливных элементов. Не торопитесь за рекламными проспектами Росатома. Пока то, что напечатали, можно показывать на выставках, но не ставить в активную зону - нет никаких гарантий того, что сам антидебрисный фильтр не станет источником дебриса. Работы идут, но... это надолго.

+

[Татарин]

разве CANDU не аналог водотрубного?

Нет, там тоже топливо внутри канала, а вода обтекает его. Каждый канал - отдельный корпус под давлением, внутри которого вода обтекает компактный источник тепла.