Forscher des INL schaffen kerntechnisches Brennmaterial, inspiriert von der Natur, mittels 3D-Druck
Ein Team des Idaho National Laboratory (INL) in den USA hat ein revolutionäres Konzept für kerntechnisches Brennmaterial vorgestellt. Dieses Design weicht von den traditionellen Formen ab, um effiziente Muster nachzuahmen, die in der Biologie beobachtet werden, wie die sechseckigen Zellen eines Bienenwachses. Der Schlüssel zur Realisierung dieser komplexen Geometrien liegt in der Verwendung von 3D-Drucktechnologie. 🐝⚛️
Die additive Fertigung ermöglicht zuvor unmögliche Designs
Der 3D-Druck, oder additive Fertigung, ist das technologische Fundament dieses Fortschritts. Er ermöglicht die Herstellung von Brennmaterialien mit einer spezifischen und kontrollierten internen Architektur, etwas, das konventionelle Produktionsmethoden nicht erreichen können. Diese präzise Kontrolle über die innere Struktur dient dazu, den Wärmefluss zu lenken und die während der Kernspaltung erzeugten Produkte gleichmäßig zu verteilen.
Schlüsselvorteile dieses Ansatzes:- Überlegene Wärmemanagement: Die zellulären Strukturen bieten eine große Oberfläche zur Wärmeübertragung, was hilft, dass das Brennmaterial bei sichereren und stabileren Temperaturen arbeitet.
- Höhere Haltbarkeit: Durch das Design der Mikrostruktur kann das Material verstärkt werden, um internen Spannungen und extremer Strahlung im Reaktor besser zu widerstehen.
- Kontrollierte Verteilung: Die Geometrie ermöglicht es, die bei der Spaltung freigesetzten Fissionsgase einzudämmen und zu managen, ein häufiges Problem bei aktuellen Brennmaterialien.
Die Zukunft der Kernenergie wird nicht nur mit Atomen geschrieben, sondern auch mit Bienen und einem guten 3D-Drucker.
Biomimikry: Die Natur kopieren, um zu optimieren
Das Projekt verfolgt einen Biomimikry-Ansatz, der darin besteht, Lösungen nachzuahmen, die die Evolution über Millionen von Jahren perfektioniert hat. Strukturen wie Waben oder Knochen sind von Natur aus effizient und kombinieren Leichtigkeit mit außergewöhnlicher mechanischer Festigkeit. Die Anwendung dieser Prinzipien auf den nuklearen Bereich soll technische Einschränkungen konventioneller Brennmaterialien lösen.
Ziele des biomimetischen Designs im Brennmaterial:- Optimierung des Verhältnisses zwischen Materialfestigkeit und Gewicht.
- Schaffung interner Kanäle, die die Ableitung der erzeugten Wärme verbessern.
- Reduzierung von Schwachstellen und der Ansammlung schädlicher Spannungen.
Potenzieller Einfluss auf Forschungsreaktoren
Obwohl diese Entwicklung zunächst auf Forschungsreaktoren abzielt, sind ihre Implikationen bedeutend. Die Erreichung haltbarerer und sicherer Brennmaterialien kann die Zyklen verlängern