Управление по атомной энергии Великобритании (UKAEA) сделало важный шаг на пути к созданию коммерчески жизспособной термоядерной энергетики, внедрив две передовые установки для аддитивного производства. Эти машины, более известные как 3D-принтеры, используют взаимодополняющие технологии для изготовления уникальных компонентов, предназначенных для термоядерных реакторов.
В UKAEA, курирующем национальную программу термоядерного синтеза от имени правительства Великобритании, отмечают, что детали для будущих электростанций должны выдерживать экстремальные условия. «Компоненты внутри будущих термоядерных электростанций будут работать в сложных и агрессивных условиях, включая сверхвысокие температуры, интенсивные нейтронные потоки и мощные магнитные поля», — заявили в ведомстве. Это требует создания сложных комбинаций материалов и высочайшей точности производства.
Аддитивное производство, по мнению экспертов, идеально подходит для решения таких задач. Технология 3D-печати позволяет создавать изделия сложной геометрии небольшими партиями, что является оптимальным для такой наукоемкой отрасли, как термоядерный синтез. В UKAEA уверены, что 3D-печать сыграет ключевую роль в будущем термоядерной энергетики, значительно снизив затраты на высокоточное производство.
На базе недавно открытого Центрального вспомогательного объекта UKAEA ввела в эксплуатацию две установки: одну для электронно-лучевого аддитивного производства и вторую — для селективного лазерного плавления. Установка eMELT Electron Beam Powder Bed Fusion (E-PBF) от компании Freemelt будет использовать технологию электронного луча для спекания вольфрамового порошка в твердые компоненты с плотностью, близкой к 100%. Эта машина также позволит наносить слои вольфрама на другие материалы, такие как медно-хромоциркониевый сплав, нержавеющая сталь и Eurofer 97 — специальная сталь, разработанная для термоядерных установок.
Вторая машина, SLM280 для селективного лазерного плавления, произведенная Nikon SLM, будет использоваться для экспериментов по созданию компонентов со сложной геометрией и комбинациями материалов, которые необходимы для успешной работы термоядерных станций. Обе технологии 3D-печати направлены на производство компонентов, обращенных к плазме и подвергающихся экстремальным температурным нагрузкам в процессе эксплуатации. Кроме того, они позволят сократить зависимость от традиционных методов, таких как сварка, уменьшив количество производственных операций.
«Использование этих машин позволит производить детали и геометрии более эффективно, чем при использовании традиционных методов изготовления», — комментирует Рой Маршалл, руководитель отдела производства, монтажа и технического обслуживания UKAEA. — «Многие компании имеют либо электронно-лучевую машину, либо технологию селективного лазерного производства, но наличие обеих возможностей под одной крышей, способных производить компоненты в промышленных масштабах, является первым подобным случаем для термоядерной отрасли».
В настоящее время UKAEA активно работает над подготовкой коммерческих партнеров к крупномасштабному производству, без которого невозможно строительство будущих термоядерных электростанций. Это открывает новые горизонты для промышленного освоения практически неисчерпаемого и чистого источника энергии.
