粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)推進(jìn)核能源技術(shù)利用

導(dǎo)讀：雖然全球需要幾十年的時間和大量的變革才能擺脫對化石燃料的依賴，但這種轉(zhuǎn)變正在進(jìn)行中，核能就屬于可替代能源的其中之一。

然而，為促進(jìn)裂變能源更為廣泛的應(yīng)用，核技術(shù)亟需重大進(jìn)展。這就是為什么超安全核公司已經(jīng)為其位于田納西州橡樹嶺的試點燃料制造（PFM）設(shè)施剪彩，以制造用于微型模塊化反應(yīng)堆（MMR）能源系統(tǒng)的燃料。

超安全公司的試點燃料制造設(shè)施

2022年8月23日，南極熊獲悉，這家總部位于西雅圖的公司為其位于東田納西州科技園（ETTP）的新廠區(qū)舉行了盛大的開幕儀式，該廠區(qū)的設(shè)計和建造僅用了12個月。出席會議的有田納西州副州長蘭迪-麥克納利、國會議員查克-弗萊施曼（TN-03）、核能助理部長凱瑟琳-赫夫博士，以及參議員瑪莎-布萊克本和比爾-哈格蒂辦公室的代表。到目前為止，該行動已經(jīng)創(chuàng)造了40多個技術(shù)工作崗位。

△超安全核公司在田納西州橡樹嶺的試驗燃料制造廠的剪彩儀式。圖片由超安全核公司提供

Desktop Metal公司的粘合劑噴射3D打印是該公司核燃料的關(guān)鍵。使用橡樹嶺國家實驗室授權(quán)的技術(shù)，超安全核公司為其核燃料3D打印出耐輻射、耐熱的碳化硅外殼，由TRi-structural ISOtropic（TRISO）涂層的燃料顆粒組成。這種全陶瓷微膠囊（FCM）燃料與氦氣冷卻相結(jié)合，旨在最大限度地保證核能源地安全使用。

PFM使用相同的生產(chǎn)規(guī)模模塊來制造TRISO和FCM燃料，這些模塊將進(jìn)入超安全核公司未來的商業(yè)燃料制造設(shè)施。該放射基地能夠制造出多公斤質(zhì)量的FCM，用于測試和鑒定。在此過程中，PFM 將為其未來的商業(yè)燃料制造工廠梳理制造模塊。

△超安全核電公司已經(jīng)授權(quán)使用一種新的方法來3D打印用于核反應(yīng)堆設(shè)計的高抗性部件。USNC執(zhí)行副總裁Kurt Terrani（原ORNL）說，這種新方法將使該公司能夠更有效地制造具有所需復(fù)雜形狀的部件。Credit: Carlos Jones/ORNL, U.S. Dept. of Energy

超安全核公司執(zhí)行副總裁Kurt Terrani博士說："很高興讓PFM在橡樹嶺啟動和運行，這里有獨特的合格的核能源操作員和承包商社區(qū)。我們特別選擇了這個地方，我們得到了支持，以這樣的質(zhì)量和關(guān)懷水平，在積極的時間表和預(yù)算內(nèi)建立了這個首創(chuàng)的設(shè)施，這真是太了不起了。"

石油峰值時代的3D打印

我們現(xiàn)在處于一個廣泛的使用新技術(shù)的時代，以從剩余的可獲得的化石燃料供應(yīng)中榨取能源。正如MattKremenetsky所指出的，這意味著增材制造（AM）將成為實現(xiàn)這種擠壓所需效率的主要技術(shù)。

△圖片來源：USNC

同時，核能和其他能源正在介入，增材制造也在其發(fā)展的基礎(chǔ)上發(fā)揮著作用。2017年，西門子在一個核反應(yīng)堆中安裝了一個3D打印部件，這推動了西屋公司采取類似的舉措。在俄羅斯，俄羅斯國家原子能公司（Rosatom）的子公司RusAT正在探索將3D打印用于核電部件。而且，ORNL與法國核公司Framatome合作，展示了3D打印核反應(yīng)堆部件的能力。

超安全核能公司預(yù)計其第一批示范機(jī)組將于2024年開始供電，首先在加拿大安大略省的加拿大原子能有限公司的Chalk River實驗室園區(qū)。MMRs具有5-10兆瓦的電力和15-30兆瓦的熱能，被認(rèn)為可以作為一系列反應(yīng)堆連接在一起進(jìn)行一次能源生產(chǎn)或作為可再生能源的備份進(jìn)行部署。