В Национальной лаборатории Айдахо (INL), группа американских ученых нашла нетрадиционный источник вдохновения для создания ядерного топлива нового поколения – математические закономерности, встречающиеся в природе. Их последние исследования сконцентрированы на трижды периодических минимальных поверхностях – сложных, повторяющихся сетчатых структурах, которые обнаруживаются в строении крыльев бабочек, оболочках морских ежей и даже костном мозге.
По мнению исследователей, эти природные формы, известные своей эффективностью, могут значительно улучшить отвод тепла и общую производительность ядерного топлива. Этот подход предполагает замену традиционных цельных топливных элементов математически оптимизированными структурами, что теоретически ведет к созданию более безопасных, продуктивных и современных технологий реакторов.
Ученые давно заметили в природе изящные и целесообразные повторяющиеся узоры, лежащие в основе концепции минимальных поверхностей, которые представляют собой формы, минимизирующие площадь при заданных границах. Лаборатория INL изучает трижды периодические минимальные поверхности как основу для совершенно новой топливной геометрии.
Концепция, получившая название "Переплетенная ядерная топливная решетка", заменяет традиционные цилиндрические топливные стержни сложной повторяющейся решеткой. Эта конструкция максимизирует площадь контакта с теплоносителем и обеспечивает более эффективный теплообмен.
В отличие от топливных стержней середины XX века, вдохновленных обычными трубчатыми теплообменниками, новые конструкции требуют передовых технологий аддитивного производства. Используя геометрическую эффективность природы, исследователи стремятся разработать более безопасное, производительное и компактное ядерное топливо.
В ходе недавних лабораторных тестов ученые с помощью 3D-печати создали электропроводящую модель новой топливной решетки. Тесты с газообразным и жидким теплоносителем показали, что топливная конструкция на основе минимальных поверхностей передает тепло примерно в три раза лучше стандартных цилиндрических топливных стержней.
Моделирование также предполагает, что улучшенный теплообмен потенциально может позволить уменьшить толщину топливных элементов, снизить рабочие температуры и уменьшить тепловые нагрузки. Однако изготовление сложной переплетенной структуры остается сложной задачей.
Исследователи отмечают, что новая решетка создает более плавный, но извилистый путь для теплоносителя, улучшая рассеивание тепла и предлагая потенциальные преимущества для безопасности. Дальнейшие работы будут сосредоточены на определении типов реакторов, которые получат наибольшую выгоду от этого нововведения.
Тем временем ученые ИКИ РАН допустили «супервзрыв» на Солнце. В Чернобыле на стенах разрушенного энергоблока найден гриб, устойчивый к высоким дозам радиации.
________________
Подпишитесь на наш канал, ставьте лайки и пишите свои комментарии, этим вы поможете донести важную информацию до большего количества людей.