Das Oak Ridge National Laboratory (ORLN) hat im Rahmen des Transformational Challenge Reactor ein Verfahren zum 3D-Druck von Komponenten für Kernreaktoren entwickelt. Dieses wurde nun von der Ultra Safe Nuclear Corporation (USNC) zum 3D-Druck von Komponenten für Kernreaktoren erfolgreich zertifiziert. Das Verfahren ermöglicht die schnellere und effizientere Herstellung Kernreaktorkomponenten mit Hochtemperaturlegierungen und Refraktärmetallen, die ideal für den Einsatz in diesem Bereich sind, heißt es von beiden Stellen.

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Die Ultra Safe Nuclear Corporation (USNC) hat ein Verfahren zum 3D-Druck von Komponenten für Kernreaktoren lizenziert, bei dem feuerfeste Materialien wie Siliziumkarbid zum Einsatz kommen. Das Verfahren wurde laut einer Pressemitteilung vom Oak Ridge National Laboratory (ORLN) entwickelt und ist eine Kombination aus einem chemischen Dampfinfiltrationsprozess und dem Binder-Jetting-3D-Druckverfahren. Dieser ermöglicht eine effizientere und komplexere Herstellung von Reaktorkomponenten. Die Lizenzierung der Methode soll dem USNC eine Möglichkeit bieten, die Mission voranzubringen, nuklearbasierte Energieerzeugungsanlagen zu entwickeln und einzusetzen, die sicher, einfach zu bedienen und kommerziell wettbewerbsfähig sind.

Kernenergie mit 3D-Druck erzeugen

3D-gedruckte Brennelementhalterungen
Mit dem additiven Fertigungsprozess des ORNL lassen sich Kernreaktorkomponenten schneller und effizienter herstellen (im Bild: 3D-gedruckte Brennelementhalterungen)(Bild © Fred List/ORNL/DoE).

Die Kernenergie stellt aktuell fast 20% der Stromversorgung in den USA dar. Viele Kernreaktoren basieren auf einer 70 Jahre alten Leichtwassertechnologie, weshalb sie vermutlich in den nächsten 30 Jahren stillgelegt werden. Der Transformational Challenge Reactor (TCR) vom Oak Ridge National Laboratory soll eine schnellere und billigere Kernenergieverteilung in den USA ermöglichen. Herstellungskosten und Vorlaufzeiten werden reduziert und verbessern die Sicherheit. Der Kernreaktorkern, über den wir berichtet haben, wird dabei unter anderem mit der Directed Energy Deposition gebaut.

Das Verfahren, das vom ORNL entwickelt wurde, stellt mit Binder Jetting und einen keramischen Produktionsprozess Komponenten mit komplexen Formen effizienter her, wie zum Beispiel Flüssigkeitskanäle in einem Wärmetauscher. Mit dem Verfahren können auch Hochtemperaturlegierungen und Refraktärmetalle verarbeitet werden, die aufgrund ihrer Beständigkeit gegenüber extremer Hitze und Zersetzung für Kernreaktorkomponenten ideal sind.

Produktionsstätte in East Tennessee

Das USNC dehnt außerdem seine Aktivitäten nach East Tennessee aus. Dort möchte es die Produktion von Spezialkomponenten für Nuklear- und Industrieanwendungen steigern. Die Produktionsstätte für Pilotbrennstoffe von USNC wird im East Tennessee Technology Park in Oak Ridge errichtet. Der Park ist nur wenige Minuten vom ORNL entfernt.

Die Kernkomponenten aus dem hochtemperaturbeständigen Siliziumkarbid haben sich als strahlungstolerant erwiesen. Reaktorteile aus Siliziumkarbid zu bearbeiten ist jedoch teuer und zeitaufwendig. Mit dem 3D-Druckverfahren von ORNL kann das USNC effizientere Komponenten aus Siliziumkarbid mit komplexen Formen herstellen.

Mann mit Kernreaktorkomponente
Das USNC hat die 3D-Druck-Methode vom ORNL für Kernreaktorkomponenten zertifiziert (im Bild: Mann mit 3D-gedruckter Komponente)(Bild © Carlos Jones / ORNL).

Stimmen der Verantwortlichen

Kurt Terrani, USNC Executive Vice President und vor seinem Eintritt bei USNC Technischer Direktor des TCR-Programms von ORNL, erklärt:

„Die Technologie ist ideal für die Herstellung von Struktur- und Kernkomponenten für die fortschrittlichen Reaktordesigns von USNC. Wir verwenden in unseren Reaktorkernen auch Materialien, die sehr rauen Umgebungen und hohen Temperaturen standhalten und zu keiner Verschlechterung führen. Wir bauen mehrere redundante Barrieren gegen jede mögliche Freisetzung von Strahlung durch grundlegende Anwendung der Nukleartechnik und Materialwissenschaft.“

Francesco Venneri, CEO von USNC, sagte:

„Wir freuen uns darauf, unsere enge Beziehung zu ORNL fortzusetzen. Die Nähe zum Labor und seinen erstklassigen Wissenschaftlern und Einrichtungen ermöglicht uns einen einfachen Zugang zu Know-how in Reaktorkerntechnologien und additiver Fertigung sowie zu den neuesten Erkenntnissen in der Strahlungs-, Brennstoff- und Materialforschung, die alle dem Engagement des USNC zugutekommen, für sichere, zuverlässige und sichere Kernenergie für die Weltmärkte.“

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