北達科他大學(xué)(UND)：25萬美元用于研究增材制造核反應(yīng)堆部件

2023年2月，南極熊獲悉，北達科他大學(xué)(UND)機械工程助理教授 Sougata Roy 獲得了 25 萬美元的聯(lián)邦資助，用于研究核反應(yīng)堆中使用的部件的新制造方法，此研究將側(cè)重于使用增材制造工藝制造核反應(yīng)堆部件。


△機械工程助理教授 Sougata Roy（中）與他的研究小組

這個研究將使用氮強化奧氏體鋼，以此作為制造原料，使用增材制造技術(shù)進行組件的制造，制造出的組件將與傳統(tǒng)制造出的組件進行對比，對比其優(yōu)勢。Sougata Roy 是這個項目的首席研究員，資金來自國家科學(xué)基金會。

Sougata Roy 說：“不同的研究小組正在嘗試使用增材制造來制造組件，在過去，這些部件是通過鑄造或鍛鐵鍛造制成的，無法調(diào)整零件的機械性能或微觀結(jié)構(gòu)。但增材制造可以解決這個問題�！�

UND 工程與礦業(yè)學(xué)院院長 Brian Tande 表示，該學(xué)院最近進行了投資，以擴大材料科學(xué)和先進制造領(lǐng)域的工作。他說：“這項工作將推動金屬增材制造的進步，并有可能在能源和國家安全方面的研究工作做出貢獻。”

此前，Sougata Roy 獲得了美國國防部的資助，用于研究增材制造在海軍艦艇上使用的大型部件的潛力。他目前還領(lǐng)導(dǎo)著另外兩個由 NASA 資助的增材制造項目。
該項目的零件制造和初步材料表征將在 UND 進行，進一步的分析將在田納西州橡樹嶺國家實驗室的散裂中子源使用中子衍射進行。Sougata Roy 和他在 UND 的研究小組的一名博士生將在 ORNL 度過 2024 年和 2025 年的夏天。

在制造過程中，組件的測試將集中在組件的高溫摩擦學(xué)特性上。摩擦學(xué)是摩擦、磨損和潤滑的科學(xué)。Sougata Roy 說這是一個與表面工程不可分割的領(lǐng)域。該項目將探索增材制造、表面工程和摩擦學(xué)之間的關(guān)系，Sougata Roy在這些領(lǐng)域擁有豐富的研究經(jīng)驗。Sougata Roy 說“在過去的 13 年里，我一直致力于這三個領(lǐng)域，現(xiàn)在我有機會通過這個 NSF 獎在一個項目中利用我的跨學(xué)科經(jīng)驗�！�

3D打印應(yīng)用在核領(lǐng)域
●2022年9月，核能服務(wù)和零部件供應(yīng)商 Framatome已在瑞典的 Forsmark 核電站安裝了第一個3D打印不銹鋼燃料組件。他們制作的拉板網(wǎng)格位于 ATRIUM 11 燃料組件的頂部，是一個非結(jié)構(gòu)性的承重部件，用于固定燃料棒并阻止較大的碎屑從頂部進入燃料組件。上拉板網(wǎng)格很容易進行檢驗，并且可以根據(jù)需要驗證這種新的制造工藝是否適合在反應(yīng)器內(nèi)使用在傳統(tǒng)的制造過程中，上拉板網(wǎng)格是激光焊接的，使用沖壓的梳狀板，需要額外的制造步驟和操作員監(jiān)督。增材制造簡化了制造過程并增加了設(shè)計選項，以增強功能和提高性能。


△拉板網(wǎng)格

●核能就屬于可替代能源的其中之一。為促進裂變能源更為廣泛的應(yīng)用，核技術(shù)亟需重大進展。2022年8月，位于田納西州橡樹嶺超安全核公司進行了剪彩儀式，以制造用于微型模塊化反應(yīng)堆（MMR）能源系統(tǒng)的燃料。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。


△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。