de.wedoany.com-Bericht: Das US-amerikanische Startup NX Atomics hat eine Partnerschaft mit Sciaky aus Chicago geschlossen, um mit Sciakys Elektronenstrahl-Additiv-Fertigung (EBAM) Komponenten für seine Hochtemperatur-Kleinmodulreaktoren (SMR) herzustellen. Dies ist der erste großflächige Einsatz dieser schwerindustriellen 3D-Drucktechnologie im kommerziellen Nuklearbereich.
NX Atomics, das im Mai dieses Jahres erstmals öffentlich auftrat, plant, Sciakys EBAM-Technologie in die Produktionslinie seiner VELA-Reaktorplattform zu integrieren. Die VELA-Reaktorfamilie soll traditionelle Stromnetze umgehen und speziell Schwerindustriewerke sowie KI-Rechenzentren mit lokaler, direkter Grundlaststrom- und Prozesswärmeversorgung zu Kosten von unter 20 US-Dollar pro Megawattstunde versorgen.
VELA verwendet ein bleigekühltes System mit einem hochstabilen Flüssigmetall-Brennstoffkern. Dieses Design ermöglicht inhärente passive Sicherheit, hohe Brennstoffeffizienz und schließt das Risiko einer Kernschmelze aus. Bei diesem bleigekühlten Flüssigmetall-Brennstoffreaktor wird der Kernbrennstoff direkt in der flüssigen Metallmatrix gelöst, anstatt feste Brennstoffpellets in Metallhüllrohre einzuschließen. Der flüssige Kern zirkuliert direkt durch den Reaktorbehälter und wird durch einen separaten geschmolzenen Bleikreislauf gekühlt. Durch die Kombination von flüssigem Metallbrennstoff und reinem Bleikühlmittel arbeitet das System bei Atmosphärendruck, wobei die Sicherheit auf natürlichen physikalischen Gesetzen beruht; es besteht keine Gefahr von Hochdruckexplosionen oder Kernschmelzen.
Der physikalische Kern des Reaktors ist eine monolithische Struktur, die speziell für die Herstellung mittels Sciakys EBAM-Verfahren ausgelegt ist, wodurch die monatelangen Produktionszyklen traditioneller Metallschmiede- und Gussverfahren vermieden werden. Diese Zusammenarbeit ermöglicht es auch, bestimmte Reaktorkomponenten planmäßig für einen regelmäßigen Austausch anstelle einer lebenslangen Nutzung auszulegen. Dieser Ansatz senkt die anfänglichen Investitionsausgaben und die langfristigen Betriebskosten.
Der Wechsel zur großflächigen additiven Fertigung ermöglicht es NX Atomics, die langen Vorlaufzeiten und Engpässe bei der Umrüstung zu umgehen, die mit traditionellen Metallschmiede- und Gussverfahren verbunden sind. Sciakys EBAM-Verfahren verwendet eine vollständig gelenkige, bewegliche Elektronenstrahlkanone, die in einer Vakuumkammer Schicht für Schicht Metalldraht-Rohmaterial aufträgt. Das System verfügt über den weltweit größten 3D-Druck-Metallbauraum und kann Komponenten mit einer Länge von bis zu 19 Fuß herstellen, was es ideal für die Produktion großer Strukturbauteile macht. Das System ist von Natur aus kompatibel mit hochbeständigen Nuklearlegierungen wie Titan, Inconel, Edelstahl und Tantal.
„So sieht die moderne Ära der Nuklearfertigung wirklich aus“, sagte John Warden, CEO von NX Atomics. „3D-Druck ermöglicht es uns, nukleare Komponenten schneller und kostengünstiger herzustellen, sie bei Bedarf über ihren Lebenszyklus auszutauschen und die Stückkosten jedes von uns gebauten Kleinmodulreaktors erheblich zu senken.“
Durch die additive Fertigung glaubt NX Atomics, Komponenten schneller und kostengünstiger produzieren und sie bei Bedarf als austauschbar statt dauerhaft nutzbar auslegen zu können, wodurch die Vorabkapital- und Betriebskosten seiner Reaktorfamilie gesenkt werden. Sciakys EBAM-Systeme haben bereits Strukturkomponenten aus Titan und Speziallegierungen für Kunden wie Airbus, Lockheed Martin, die US-Marine und die NASA hergestellt. In der Luft- und Raumfahrt sowie im Verteidigungsbereich haben sich EBAM und verwandte additive Technologien im letzten Jahrzehnt von der Prototypenphase zur Serienproduktion entwickelt.
„Sciaky hat in über achtzig Jahren Metallfertigungstechnologien entwickelt, auf die die anspruchsvollsten Industrien der Welt vertrauen“, sagte John Criso, CEO von Sciaky. „Unsere EBAM-Komponenten werden in Verkehrsflugzeugen, Marineschiffen und im Erdorbit eingesetzt. Die Partnerschaft mit NX Atomics, um diese Fähigkeit in die saubere Energie-Infrastruktur der USA einzubringen, ist der logische nächste Schritt, und wir sind stolz darauf, dass zwei Unternehmen aus dem Mittleren Westen diesen Wandel anführen.“
NX Atomics hat einen ehrgeizigen Zeitplan festgelegt. Die Kommerzialisierungs-Roadmap für die VELA-Reaktorplattform umfasst vier Schlüsselphasen, von der additiven Fertigungsvalidierung bis zur Feldinstallation. Durch die Nutzung von Sciakys EBAM-Verfahren will NX Atomics den standardmäßigen zehnjährigen Nuklearentwicklungszyklus auf einen kürzeren Zeitraum verkürzen.
Phase eins (die nächsten 18 Monate) umfasst den Druck der ersten subskaligen Strukturkernkomponente unter Verwendung von Sciakys Hochgeschwindigkeits-Elektronenstrahlsystem, um die strukturelle Integrität im Vakuum zu validieren. Die gedruckten Reaktorstrukturen aus Inconel und Titan werden thermischen Spannungstests unterzogen, um die Bedingungen des bleigekühlten Systems zu simulieren. Frühe digitale Zwillings-Fertigungsdaten werden den Nuklearaufsichtsbehörden vorgelegt, um einen Genehmigungsweg für 3D-gedruckte Sicherheitshüllen zu etablieren.
Phase zwei (2 bis 3 Jahre) wird den Bau eines maßstabsgetreuen, nicht-nuklearen Testkreislaufs unter Verwendung einer modularen Komponentenarchitektur umfassen. Nicht-radioaktives flüssiges Bleikühlmittel wird bei Betriebstemperatur durch die gedruckte monolithische Kernstruktur zirkulieren, um die fluiddynamischen Eigenschaften zu testen. Das modulare Austauschmodell wird durch den Austausch gedruckter Komponenten nach simulierten Hochverschleißphasen validiert.
Phase drei (Ziel: 4 bis 5 Jahre) wird die Sicherheitsgrundlage für die flüssige Metallbrennstoffmatrix im Sciaky-gedruckten Behälter finalisieren. Das erste voll funktionsfähige, netzbereite VELA-Reaktormodul wird gebaut. Es werden lokale behördliche Genehmigungen für die netzunabhängige Installation an Zielindustriestandorten eingeholt.
Phase vier (Ziel: 6+ Jahre) Die ersten kommerziellen VELA-Einheiten werden direkt neben KI-Rechenzentren und Schwerfertigungsanlagen installiert. Eine kontinuierliche 3D-Druck-Montagelinie wird in Betrieb genommen, die gleichzeitig mehrere VELA-Kernstrukturen herstellt. Der Betriebsmaßstab wird erweitert, um das Ziel der Bereitstellung kostengünstiger Energie für industrielle Mikronetze zu erreichen.
Die bleigekühlte Technologie steht vor zahlreichen Herausforderungen. Bleigekühlte Reaktoren müssen bei deutlich höheren Basistemperatur betrieben werden, um ein Erstarren des Kühlmittels zu verhindern. Bei den für reines Blei erforderlichen hohen Temperaturen ist das flüssige Metall stark korrosiv und löst Nickel und Chrom aus Standardbaustählen aggressiv heraus. Die Bewältigung dieses Problems erfordert präzise, aktive Sauerstoffkontrollsysteme, um eine schützende Oxidschicht auf der Metalloberfläche aufrechtzuerhalten.
Russland baut derzeit den weltweit ersten bleigekühlten schnellen Reaktor BREST-OD-300, der Ende der 2020er Jahre in Betrieb gehen soll. Das von NX Atomics anvisierte Sechsjahresfenster erfordert absolut perfekte Ausführung, sofortige Kapitalunterstützung und einen Paradigmenwechsel auf regulatorischer Ebene. Selbst das Erreichen von Phase vier mit kommerzieller Stromversorgung Anfang der 2030er Jahre würde als historische technische Meisterleistung gelten.
Die Entwicklung von BREST wurde nicht erst kürzlich gestartet, sondern ist das Ergebnis von über 30 Jahren kontinuierlicher Forschung. Um ihn realisierbar zu machen, hat Russland ein ganzes spezialisiertes industrielles Ökosystem aufgebaut, das unter anderem die Versuchsreaktoren BOR-60 und BN-600 sowie andere spezielle Einrichtungen nutzt, um über Jahrzehnte hinweg Brennstoff und Komponenten zu validieren. Das Projekt ist für seine Entwicklung auf staatliche Finanzierung in Milliardenhöhe angewiesen.
NX Atomics wettet im Grunde darauf, dass die Verwendung von Sciakys EBAM zum Drucken von Spezialmaterialien wie Tantal oder Inconel das Korrosionsproblem umgehen kann, und dass seine Strategie der „wegwerfbaren oder austauschbaren Komponenten“ die Notwendigkeit vermeidet, dass Teile über 30 Jahre in einer flüssigen Bleiumgebung überleben müssen. Ob privates Risikokapital und moderne additive Fertigung jahrzehntelange staatlich finanzierte Forschung ersetzen können, bleibt eine große Ungewissheit.
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