美國核電站在核反應(yīng)堆中使用3D打印部件

導(dǎo)讀：3D打印零部件在核工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用正在被不斷探索、應(yīng)用。而現(xiàn)在，這項應(yīng)用正在逐漸從設(shè)計轉(zhuǎn)向現(xiàn)實。

南極熊獲悉，早在2020年10月，為了延長美國核電站的壽命并加快新核電技術(shù)的開發(fā)，田納西河谷管理局（TVA）的法國燃料供應(yīng)商Framatome委托美國橡樹嶺國家實驗室 (ORNL) 在TVA位于阿拉巴馬州雅典的布朗斯費里（Browns Ferry）核電站2單元制造四個3D打印支架，并于2021年春季安裝，嘗試將3D打印用于核反應(yīng)堆部件。由于通道緊固件具有簡單但非對稱的設(shè)計，因此被認(rèn)為是3D打印的良好切入點。這些部件隨后由ORNL與TVA、Framatome和能源部核能辦公室資助的轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)反應(yīng)堆(TCR) 計劃共同合作設(shè)計。

△ORNL使用新型增材制造技術(shù)為沸水反應(yīng)堆燃料組件3D打印通道緊固件。TVA Browns Ferry核電站安裝了四個組件。

部件采用316不銹鋼材料，并在GEAdditive/Concept Laser M2 Cusing系統(tǒng)上使用激光粉末床融合進行3D打印。南極熊全球3D打印產(chǎn)品庫https://product.nanjixiong.com/已經(jīng)收錄了這款3D打印機，歡迎咨詢。在打印過程中，團隊獲取每一層的3D數(shù)據(jù)以驗證組件。據(jù)悉，在2021年春季成功安裝3D打印緊固件之后，核電站于2021年4月22日恢復(fù)了運營。目前，3D打印零件被置于常規(guī)操作條件下，接受持續(xù)檢查，并將在接下來的六年中保留在反應(yīng)堆。

△Concept Laser M2 Cusing

ORNL的TCR項目主管Ben Betzler表示，在反應(yīng)堆中使用3D打印組件是一個重要的里程碑，這表明在高度監(jiān)管的環(huán)境中提供合格的組件是可能的。這項計劃將基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)與技術(shù)聯(lián)系起來，提供切實可行的解決方案，展示了先進制造如何改變反應(yīng)堆技術(shù)和組件。Framatome北美燃料研發(fā)經(jīng)理John Strumpell稱，與TVA和ORNL的合作使我們能夠部署創(chuàng)新技術(shù)并探索有利于核能行業(yè)的新興3D打印市場。這一項目為設(shè)計和制造各種有助于創(chuàng)造清潔能源的3D打印部件奠定了基礎(chǔ)。

3D打印在核工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

這一項目可能被認(rèn)為是3D打印在核反應(yīng)堆內(nèi)部的早期應(yīng)用，但這并不是唯一，因為其他3D打印核反應(yīng)堆組件技術(shù)也在加緊開發(fā)當(dāng)中。2020年5月，核燃料公司西屋電氣在Exelon Byron 1號核電站中安裝了3D打印組件——一個頂針堵漏裝置，這是全球首次商業(yè)核反應(yīng)堆使用3D打印部件。同年9月，普渡大學(xué)從美國能源部（DoE）獲得了80萬美元的撥款，用于加速3D打印核反應(yīng)堆堆芯的開發(fā)。11月，領(lǐng)先的核燃料組件供應(yīng)商BWX技術(shù)公司（BWXT）與橡樹嶺國家實驗室共同宣布，在開發(fā)專門用于生產(chǎn)反應(yīng)堆組件的新型增材制造技術(shù)方面取得了進展。而在2021年5月，QuesTekInnovations從美國能源部獲得了110萬美元的小型企業(yè)創(chuàng)新研究（SBIR）第二階段資金。將用于設(shè)計、開發(fā)和驗證下一代熔鹽反應(yīng)堆的新型材料解決方案和工藝，專注于以耐火合金（例如鉬）為表面的雙金屬結(jié)構(gòu)，并利用經(jīng)濟高效的冷噴涂工藝，為核反應(yīng)堆提高耐腐蝕性和高溫穩(wěn)定性。

△Exelon Byron 1號核電站中的3D打印頂針堵漏裝置

參考閱讀：

1. First 3D Printed Parts Installed in Nuclear Reactor
2. ORNL’s 3D Printed Parts to Be Installed on TVA NuclearReactor
3. 3D打印已進入核領(lǐng)域，核反應(yīng)堆中使用3D打印零件
4. 普渡大學(xué)獲美能源部80萬美元，利用人工智能推進3D打印核反應(yīng)堆的發(fā)展
5. 3D打印核反應(yīng)堆組件方面取得進展，芯出口溫度可達到1482°C
6. QUESTEK獲110萬美元資助，設(shè)計核反應(yīng)堆的新型3D打印合金
7. ORNL develops and deploys 3D printed reactor components