Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge (ORNL) thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) đang nghiên cứu chế tạo một nguyên mẫu lõi lò phản ứng hạt nhân bằng công nghệ in 3D.
Đây là dự án nằm trong khuôn khổ chương trình Transformational Challenge Reactor (TCR) Demonstration Program (tạm dịch: Trình diễn lò phản ứng thế hệ mới trong thách thức chuyển đổi), hướng đến chế tạo những lò phản ứng hạt nhân tiên tiến với kích thước đầy đủ bằng công nghệ in 3D, được tích hợp thêm các cảm biến và hệ thống điều khiển hiện đại, nhưng lại sử dụng ít cấu kiện hơn, vào năm 2023.
Các cấu phần in 3D cho nguyên mẫu lò phản ứng hạt nhân của Phòng thí nghiệm Oak Ridge.Theo Hiệp hội Năng lượng Nguyên tử Thế giới (WNEA), Hoa Kỳ hiện đang vận hành 98 lò phản ứng tại 30 tiểu bang, đáp ứng được khoảng 20% nhu cầu điện năng của cả nước mà không phát thải CO2. Tuy nhiên, hầu hết các lò phản ứng đều thuộc thế cũ, được chế tạo bằng công nghệ cách đây cả nửa thế kỷ, sắp đến thời hạn nghỉ hưu, và chỉ có duy nhất một lò mới được xây dựng trong vòng 20 năm trở lại.
Việc thay thế những lò phản ứng thế hệ cũ này sẽ cực kỳ khó khăn và tốn kém do nhiều nguyên nhân. Đặc biệt, các lò phản ứng hạt nhân thương mại tại Mỹ thường được xếp vào hạng mục cơ sở hạ tầng quy mô lớn, sử dụng những thiết kế một lần, mất cả thập niên để hoàn tất quá trình xây dựng, nghiệm thu, chạy thử, chờ cấp phép và đưa vào hoạt động. Chương trình TCR Demonstration, vì thế đã ra đời để thúc đẩy tiến trình này, đồng thời cắt giảm đáng kể chi phí nhờ tận dụng ưu thế của công nghệ sản xuất bồi đắp (addictive manufacturing) bằng in 3D nhiệt độ cao, kết hợp với sử dụng các loại vật liệu tiên tiến và thiết kế lò phản ứng của thế kỷ 21. Nhờ đó, ORNL đã chạy đua nước rút để chế tạo một nguyên mẫu lõi lò trong vòng ba tháng.
“Công nghệ này hiện đã sẵn sàng để trình diễn,” TS. Kurt Terrani, giám đốc kỹ thuật của chương trình TCR, cho biết. “Thực trạng phát triển của điện hạt nhân đang rất ảm đạm. Vì thế, đây là một trong số rất nhiều nỗ lực nền tảng nhằm khơi thông hoạt động đổi mới trong cộng đồng [năng lượng hạt nhân]. Những bước tiến quan trọng trong lĩnh vực sản xuất bồi đắp nhờ công nghệ in 3D tích hợp điều khiển tự động, bên cạnh sự phong phú của thư viện dữ liệu và hướng tiếp cận mới tăng cường trong vấn đề quy chuẩn, hứa hẹn sẽ làm lợi cho cả cộng đồng,” ông nói.
Chương trình hiện đang ở vào giai đoạn tinh chỉnh thiết kế nguyên mẫu, ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) cho hoạt động giám sát liên tục trong quá trình chế tạo, nhằm đưa ra những đánh giá chính xác về hiệu quả và hiệu suất. Nếu thành công, ORNL tin rằng công nghệ này có thể sớm làm thay đổi diện mạo lĩnh vực năng lượng hạt nhân.
Xem quy trình in 3D nguyên mẫu lõi lò phản ứng trong video dưới đây:
Theo Báo Khoa học phát triển
