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Science
05/16/2020

Kernreaktor aus dem 3D-Drucker

US-Wissenschaftler wollen 2023 den ersten 3D-gedruckten Atomreaktor in Betrieb nehmen.

Auf den ersten Blick sieht der Reaktorkern aus, wie ein typisches Design aus dem letzten Jahrhundert. Trotzdem ist er technisch einzigartig, denn er stammt aus einem 3D-Drucker. Ein Team aus Informatikern, Ingenieuren und Physikern hat ihn am Oak Ridge National Laboratory (ORNL) im US-Bundesstaat Tennessee entwickelt und gebaut.

Es handelt sich hierbei um einen gasgekühlten Hochtemperaturreaktor. Das ORNL baute bereits 1943 den X-10 Graphit-Reaktor und die 3D-gedruckte Variante ist ein Update davon. „Wir suchen einen schnelleren Weg, um ein nukleares System mit einer überlegenen Leistung zu bauen“, so Kurt Terrani, technischer Direktor des Oak Ridge Transformational Challenge Reactor Programms gegenüber Wired.

Die Atomindustrie habe den Ruf, konservativ und veränderungsresistent zu sein, sagt Terrani. So nutze man alte Technologien, solange sie nicht kaputt gehen, um teure Umbaukosten zu sparen. Damit bliebe aber die Innovation auf der Strecke.

Altes Design funktioniert

Die Wissenschaftler wählten ein altes Design, da „die Konzepte alle funktionieren“, so Terrani. Man müsse sie nur schnell und billig bauen können. Den ersten Prototyp für einen Reaktorkern haben die Forscher nun präsentiert. Er besteht aus Siliziumkarbid, das besonders hitzebeständig ist und Temperaturen von bis zu 650 Grad aushält. Der zylinderförmige Kern ist metallisch-silber und neuneckig aufgebaut. Dort wird sich die Kernspaltung abspielen.

Der gedruckte Reaktor ist ungefähr 45 Zentimeter groß und soll bis zu 3 Megawatt Strom produzieren und damit laut Terrani 1.000 Haushalte versorgen. Einzelne Komponenten des Reaktorkerns sind in 8 bis 24 gedruckt, bis der gesamte Kern fertig ist, vergehen 40 Stunden. Bei der Herstellung wurden Temperaturen von bis zu 760 Grad erreicht. Ein Laser erhitzt das Material, das so nach und nach aufgeschichtet wird.

Der Kernreaktor ist ungefähr 45 Zentimeter groß

Der Kernreaktor kann in 40 Stunden hergestellt werden

Beim Druckprozess entstehen Temperaturen von bis zu 760 Grad

Beschleunigte Zulassung durch KI

Der 3D-Druck könnte nicht nur in der Herstellung, sondern auch bei der Zertifizierung günstiger sein. So habe ein Kraftwerk allein für eine neue Schraube um die 20.000 US-Dollar bezahlen müssen, sagt Terrani. Neue Reaktorkerne könnten derzeit Jahrzehnte auf eine Freigabe warten und Milliarden an Geldern verschlingen.

Die Forscher hoffen, dass sie durch die beim 3D-Druck gesammelten Daten diesen Prozess vereinfachen können. Gebe es einen Defekt, würde sich dieser anhand der zahlreichen Daten ablesen lassen. So könne man sich teure Tests sparen, die solche Fehler normalerweise finden. Zudem müsse nicht ein Mensch die ganzen Daten durchforsten. So wäre es möglich, einem Algorithmus beizubringen, Defekte zu erkennen. „Man stelle sich vor, man stellt ein Bauteil her und die KI kann feststellen, ob es gut oder schlecht ist. Das ist der Traum“, so Terrani.