تحول ساخت نیروگاه های هسته ای در تنسی با چاپ سه بعدی و هوش مصنوعی

چاپ سه‌بعدی و هوش مصنوعی ساخت نیروگاه هسته‌ای را در تنسی متحول کردند

در شرق تنسی، مهندسان با به‌کارگیری بازوی رباتیک چاپ سه‌بعدی، قالب‌های دقیقی را برای ریخته‌گری ستون‌های محافظتی بتنی در راکتور نمایشگر Hermes Low-Power تولید کردند؛ پروژه‌ای که از سوی وزارت انرژی آمریکا حمایت می‌شود. آزمایشگاه ملی اوک ریج (ORNL) گزارش داده که قسمت‌های قابل توجهی از این ساخت‌وساز تنها طی ۱۴ روز اجرا شده‌اند، در حالی که با روش‌های سنتی این کار هفته‌ها زمان می‌طلبید. این حرکت، آغاز رویکرد جدی به ساخت افزایشی (Additive Manufacturing) و کاربرد هوش مصنوعی در زیرساخت‌های هسته‌ای را نشان می‌دهد.

فرآیند فناوری چگونه است

در این پروژه، چاپ سه‌بعدی در مقیاس صنعتی برای ساخت قالب‌های دقیق و پیچیده ریخته‌گری بتن به کار رفته است. چنین قالب‌هایی اشکال و هندسه‌هایی را ممکن می‌سازند که با قالب‌بندی‌های مرسوم یا بسیار دشوار و یا هزینه‌برند. ابزارهای هوش مصنوعی در جهت پشتیبانی از تکرارهای طراحی و بهینه‌سازی مراحل تولید استفاده شدند تا نیاز به ترسیم دستی کاهش یابد و تصمیم‌گیری‌ها در حین تولید سرعت بگیرند.

ویژگی‌های محصول: دستاوردهای فناوری

• قالب‌های چاپ سه‌بعدی بسیار دقیق برای اجزای پیچیده بتنی
• طراحی مبتنی بر هوش مصنوعی و گزینه‌های طراحی مولد جهت بهینه‌سازی مصرف مصالح
• چرخه‌های تولید سریع‌تر در محل — بر اساس گزارش ORNL بخش عمده کار خلال ۱۴ روز انجام شد
• توان بالقوه برای استفاده گسترده‌تر از مواد اولیه داخلی و تاب‌آوری زنجیره تأمین

مقایسه روش افزایشی با ساخت سنتی

در مقایسه با روش‌های مرسوم قالب‌گیری درجا و ماژولار، قالب‌های چاپ سه‌بعدی آزادی عمل بسیار بیشتری در هندسه و تکرار سریع‌تر مراحل ساختار فراهم می‌آورند. قالب‌بندی سنتی برای اشکال پیچیده به نیروی انسانی و زمان بیشتری نیاز دارد، حال آن که فناوری افزایشی زمان موردنیاز برای ابزارسازی سفارشی را کاهش می‌دهد. البته روش‌های معمول سابقه طولانی در دوام چند دهه‌ای و وجود استانداردهای تضمین کیفیت دارند که فرآیند چاپ سه‌بعدی نیز باید با آن‌ها برابری یا پیشی بگیرد.

برتری‌ها، چالش‌ها و الزامات ایمنی

سرعت، صرفه‌جویی در هزینه و انعطاف‌پذیری از مهم‌ترین امتیازات این فناوری‌ها هستند: ساخت افزایشی میزان ساعات کاری را پایین می‌آورد، اتلاف مصالح را محدود می‌سازد و امکان تولید سریع و سفارشی برای هندسه‌های محافظتی منحصر به فرد را ایجاد می‌کند. هوش مصنوعی نیز می‌تواند خطاهای طراحی را کاهش داده و فرآیندهای تکراری را خودکار کند. با این حال، وابستگی زیاد به هوش مصنوعی پرسش‌هایی درباره تأییدیه تصمیمات خودکار و شناسایی خطاهای الگوریتمی ایجاد می‌کند. همچنین ماندگاری بلندمدت بسیار مهم است؛ زیرا راکتورهای هسته‌ای باید دهه‌ها کارایی و ایمنی داشته باشند و قطعات جدید چاپ سه‌بعدی به آزمایش‌های چرخه عمر، ارزیابی‌های غیرمخرب (NDE) و تأییدیه‌های قانونی سخت‌گیرانه نیاز دارند.

موارد کاربرد و اهمیت بازار

کاربرد این فناوری‌ها به شیوه قابل توجهی فراتر از ستون‌های محافظتی است: راکتورهای مدولار کوچک (SMR)، راکتورهای نمایشی نمونه مانند Hermes، نمونه‌سازی سریع و ساختارهای داخلی پیچیده، از مهم‌ترین گزینه‌های استفاده از روش افزایشی هستند. اهمیت بازار نیز با رشد تقاضای انرژی از سوی سامانه‌های هوش مصنوعی و مراکز داده عظیم شتاب گرفته است؛ نیروگاه هسته‌ای تأمین انرژی پایه‌ای باثباتی ارائه می‌دهد و در آینده ابزارهای طراحی مبتنی بر هوش مصنوعی می‌توانند به ساخت راکتورهایی کمک کنند که خود انرژی سامانه‌های هوش مصنوعی را تأمین می‌کنند— ایجاد یک چرخه بازخورد نوین، کارا و البته به‌شدت پایش‌شده.

گام‌های بعدی

چاپ سه‌بعدی و هوش مصنوعی به عنوان ابزارهایی توانمند برای نوسازی ساخت نیروگاه‌های هسته‌ای و تقویت زنجیره تأمین داخلی مطرح شده‌اند. اما برای آنکه شتاب در ساخت به فناوری قابل اعتماد و ایمن تبدیل شود، این صنعت باید به تدوین استانداردهای جدید، صحت‌سنجی شفاف مدل‌ها، بهبود تضمین کیفیت و افزایش نظارت‌های قانونی پایبند باشد. گرچه سرعت اجرا جذاب است، اما ایمنی و طول عمر باید در اولویت بماند، چرا که این عرصه دوران تازه‌ای از مهندسی هسته‌ای دیجیتال را تجربه می‌کند.