美国能源部(DOE)的研究人员橡树岭国家实验室(ORNL)正在使用3D打印技术开发核反应堆堆芯。江南平台版江南平台版
作为它的一部分转换挑战反应堆(TCR)示范计划，旨在建立一个增材制造的微反应堆，ORNL已经改进了反应堆核心的设计，同时也扩大了建造它所需的增材制造工艺。此外，研究人员已经建立了鉴定方法，以确认用于创建核心的3D打印组件的一致性和可靠性。
“核工业在考虑我们设计、建造和部署核能技术的方式方面仍然受到限制，”ORNL主任Thomas Zacharia评论道。
能源部启动这个项目是为了寻求一种新方法，快速、经济地开发可提供可靠、清洁能源的转型能源解决方案。”
橡树岭国家实验室和3D打印技术江南平台版江南平台版
ORNL由美国能源部赞助，并开展科学项目，重点关注材料、中子科学、能源、高性能计算、系统生物学和国家安全。根据与能源部签订的合同，它作为联邦政府资助的研究和开发中心进行管理和运营。
实验室的大部分研究活动、项目和伙伴关系在领域内加法制造。例如，ORNL目前与3D打印机OEM签订了为期五年的合作研发协议(CRADA)通用电气的添加剂。通过合作，这两个实体将专注于推动工业化和采用增材制造技术。
此外，ORNL最近进入CRADAs一家总部位于纽约的软件公司nTopology法国3D打印机供应商AddUp开发先进的增材制造能力。
该实验室还与3D打印机供应商合作ExOne推进粘结剂喷射3D打印技术江南平台版江南平台版。与ExOne合作，ORNL开发了一种3D打印铝渗透碳化硼(B4C)的方法，一种用于制造组件的材料江南平台版江南平台版中子成像。
改造挑战反应堆发展计划
凭借在增材制造和核科学方面的重要专业知识，ORNL寻求在其TCR项目中使用3D打印来建造核反应堆核心。江南平台版江南平台版
根据世界核能协会的数据，核能提供了美国近20%的电力供应。然而，ORNL解释说，到2055年，目前所有基于轻水技术的核反应堆都可能因为许可证到期而退役。此外，美国在过去20年里只建造了一座新的核电站，原因是成本高，而且使用的技术最初是在20世纪50年代和60年代率先使用的，耗时数十年。
因此，TCR计划是由ORNL发起的，目的是使用最新的科学进展来建造核反应堆堆芯，同时也使核工业能够采用现代技术方法。这包括使用增材制造、先进材料和集成传感器和控制来提高优化和降低成本。该项目的合作伙伴包括阿贡实验室和爱达荷国家实验室，以及行业成员。
TCR技术总监库尔特·特拉尼解释说:“在过去的几个月里，我们一直在积极发展使这个项目成为现实的能力，我们的努力已经证明，这项技术已经准备好展示3D打印的核反应堆堆芯。”他说:“目前的核形势非常严峻。这是一项基础性的努力，可以为核工业领域的快速创新打开闸门。”
ORNL的目标是在2023年之前建造核反应堆堆芯。部分目标是建立反应堆设计、制造、许可和运行的新方法。到目前为止，TCR项目已经完成了几项基础实验，包括核心设计的选择，以及为期三个月的增材制造演示，展示了该技术快速生产原型反应堆核心的能力。
现在，ORNL的研究人员正专注于改进所选的设计和过程，以确保生产出最佳和可靠的能源系统。为此，该团队正在监测和评估增材制造过程，通过人工智能建立3D打印材料的实时认证。TCR计划还将创建一个数字平台，帮助将技术移交给工业，帮助采用增材制造的核能技术。
Terrani补充说:“由于增材制造工艺技术的重大进步，整个TCR概念成为可能。“通过使用3D打印，江南平江南平台版台版我们可以使用核技术领域在过去几十年无法利用的技术和材料。这包括用于近自主控制的传感器和数据库，以及一种新的、加速的鉴定方法，这将使整个核社区受益。”
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特色图像显示3D打印组件的原型反应堆。图片来自Britanny Cramer/ORNL/美国能源部。
