3D打印也能造出核燃料和反應堆組件了

目前,伴隨着金屬和高科技複合材料的快速發展,3D打印技術現已在航空航天和醫療領域取得了重大進展,增材製造也被視為生產小型、安全的下一代核反應堆的關鍵技術。

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最新實例是來自美國西雅圖市的超安全核公司(USNC),該公司從橡樹嶺國家實驗室獲得一項新型3D打印技術授權,該方法可使該公司不採用金屬、而是工程陶瓷來製造能抵抗輻射和極端溫度條件的核反應堆組件,從而開發安全性新一代反應堆。

超安全核公司正在製造微型模塊化反應堆,部署這些反應堆的成本將高達數千萬美元,而目前的大型反應堆需要數十億美元,該公司計劃在2026年前部署其第一座反應堆。此外,超安全核公司還致力地開發適用於核動力火箭的小型反應堆,該安全設計依賴於一種堅固燃料,它是由微陶瓷塗層的鈾燃料顆粒製成,被包裹在碳化硅基質中。

這種新型3D打印技術結合採用一種特殊陶瓷工藝的粘合劑噴塗打印,可使某些零件設計成新的複雜幾何形狀,此前此類製造工藝是不可能實現的。

碳化硅是一種工程陶瓷,現已被用於坦克裝甲、特種電子設備和航空航天製造領域,但要用這種陶瓷材料鍛造出結構複雜的反應堆部件,僅依靠機械加工或者鑄造等傳統方法是很難實現的。

然而,新的3D打印技術卻能突破該技術難題,利用該技術不僅可以更快、更經濟地生產反應堆組件,還可以為某些組件設計出新的複雜幾何結構,超安全核公司的價值定位可以概括為兩點:一是設計本質上安全,且具有高度先進的核能系統;二是採用高度安全、耐高溫的材料作為燃料。碳化硅3D打印是一種提供新可能性的技術,但也需要進行徹底審查,從而確保製造材料及其性能符合嚴格的核許可和監管要求。

事實上,3D打印在核工業製造領域並非新鮮事物,2017年,西門子公司成為全球首家在核電站安裝3D打印部件的公司,斯洛文尼亞一家核電站的消防水泵上使用一個3D打印小金屬部件。從那以後,其他人在商業反應堆中投入更多、更大的3D打印部件。

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