مقدمه
خورشید از همجوشی هسته‌ای برای تولید انرژی استفاده میکند و در حال حاضر پژوهشگران در حال بررسی این هستند که چگونه چاپ سه‌بعدی می‌تواند به ساخت رآکتورهای همجوشی هسته‌ای روی زمین کمک کند. در ادامه کلیات پروژه چاپ قطعات با پرینتر سه بعدی برای همجوشی هسته ای در پروژه ایتر را می خوانید.
فن آوری چاپ سه بعدی در ساخت رآکتور هم جوشی
Shaojun Liu از تیم تحقیقاتی در موسسه فن‌آوری ایمنی انرژی هسته‌ای، آکادمی علوم چین می‌گوید: “فن‌آوری چاپ سه‌بعدی، می‌تواند اجزای پیچیده یک رآکتور همجوشی را بسازد که ساخت آن با روش‌های مرسوم بسیار دشوار است.”
محققان توسعه روش خود را در مقاله ای در Journal of Nuclear Materials شرح داده اند. آنها همچنین درباره دیدگاه های مهم فنی در ساختارهای فلزی که فرآیند ساخت آنها را ایجاد میکند بحث می‌کنند.
چگونگی تولید قطعات پیچیده راکتور توسط چاپگر سه بعدی
تولید اجزای پیچیده رآکتور، از فرم خاصی از چاپ سه‌بعدی به نام ذوب لیزری انتخابی (Selective Laser Melting – SLM) استفاده میکند. یک لیزر با قدرت بالا در مناطق انتخاب‌شده ماده زیرین را هدف قرار می‌دهد و باعث می‌شود که این مناطق ذوب شوند و سپس سخت شده و به فرآورده مطلوب تبدیل شوند. سازه، لایه به لایه از طریق اسکن های مکرر لیزر ساخته می شود .
این روش برای ایجاد نمونه‌های مناسب فلزی با مقیاس کوچک برای دیواره داخلی یک رآکتور همجوشی، مورد استفاده قرار گرفت. راکتورها دارای ساختارهایی به شکل دونات هستند که به نام Tokamaks شناخته می‌شود.
چالش های دیوار اولین
دیوار اولین، پلاسمای غنی از انرژی هسته ای را که در آن همجوشی رخ می‌دهد، احاطه کرده‌است و در معرض چالش‌های فیزیکی قابل‌توجهی، از جمله بمباران توسط نوترون‌های آزاد شده در طول واکنش‌های همجوشی قرار می گیرد. این محیط منحصر به فرد، شرایط خاصی را بر هر ماده‌ای که به عنوان دیوار اولین مورد استفاده قرار می‌گیرد، تحمیل میکند. برای غلبه بر این شرایط، محققان بخش‌هایی را از نوع خاصی از فولاد که در چین توسعه یافته، ایجاد کردند که به ویژه در برابر تابش نوترونی با انرژی بالا مقاوم است.
Shaojun Liu توضیح می‌دهد: ” ساختار دیوار اولین بسیار پیچیده است” اما او می‌گوید که چاپ سه‌بعدی قادر به ایجاد سریع و کارآمد آن از مواد اولیه خام است. یک مزیت مهم دیگر ایجاد به صورت لایه به لایه این است که اجازه می‌دهد تا مشخصه‌ی جهت گیری دانه‌های فلزی ریز ساختار تحلیل و کنترل شوند. لیو می‌گوید که تحقیق بیشتر برای بهینه‌سازی فرآیند در حال انجام است .
نوع فولادی که محققین تولید می‌کنند احتمالا در International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) project مورد استفاده قرار می‌گیرد که چین عضو مؤسس آن است. مدیریت پروژه ایتر در حال حاضر امیدوار است که اولین رآکتور همجوشی هسته‌ای خود را تا سال 2025 به بهره برداری برساند، اما مونتاژ رآکتور قرار است از سال 2018 شروع شود.
به نقل از وب سایت پروژه، “ایتر اولین دستگاه همجوشی ای است که واکنش را برای مدت طولانی حفظ خواهد کرد.” اگر این سخن محقق شود، فولادی که توسط چاپگر سه بعدی چاپ شده قلب گرم و جوشان این فرآیند را احاطه میکند.
تصویر بالای صفحه: رآکتور ITER، برگرفته از:
https://careers.atkinsglobal.com/inspiringprojects/iter-fusion-reactor-63127135954
