材料

QuesTek公司授予110万美元,用于设计用于核反应堆的新型3D打印合金

美国能源部(DOE)已获得奖励QuesTek创新他是一位计算材料设计专家,获得了小企业创新研究(SBIR)第二阶段的110万美元资助。该公司将利用这笔资金设计并验证新型材料和3D打印工艺,特别是用于未来核反应堆的开发。

QuesTek希望第二期项目将产生一种成本效益高的冷喷涂添加剂制造方法,并与新的相容耐火合金相结合。这些难熔合金将用作表面的表面层ASME-认证的结构材料,为核反应堆提供更好的耐腐蚀和温度稳定性。

该公司还与3D打印材料开发商合作溶线全球和Vilupanur Ravi教授加州理工大学波莫纳为了用材料专业知识来支持该项目。

QuesTek的首席研究员Lu Pin博士解释说:“冷喷涂是最有效和最经济的涂层技术之一,可以大大延长下一代核反应堆的寿命。我们很高兴有机会将我们经过验证的计算材料设计方法应用于设计新型高性能冷喷涂耐火材料,提高未来清洁能源的经济可行性和性能。”

QuesTek之前开发了一种高温铝合金粉末床熔解。通过QuesTek照片。
QuesTek之前开发了一种高温铝合金粉末床熔解。通过QuesTek照片。

熔盐反应堆

该项目涉及一种非常特殊的核裂变反应堆,称为熔盐反应堆(MSR)。msr的特殊之处在于它们使用熔盐混合物作为主要燃料和/或核冷却剂。与在高压下运行的典型轻水反应堆不同,msr可以在大气压力下运行。这意味着它们通常更小、更便宜、更安全,因为发生灾难性爆炸的风险降低了。

msr的另一个关键特征是它们不释放放射性裂变气体,因为这些气体会自然地被熔盐吸收。据报道,这消除了周围土地污染的风险,而污染可能是野生动物和人类的一个主要安全问题。

不幸的是,ASME规范批准的用于msr的材料往往缺乏耐盐腐蚀性能,限制了其在长期清洁能源应用中的潜力。因此,需要耐腐蚀涂层,这是QuesTek正在接受的挑战。

由橡树岭国家实验室开发的熔盐反应器。照片来自橡树岭国家实验室。
由橡树岭国家实验室开发的熔盐反应器。照片来自橡树岭国家实验室。

耐火合金和冷喷涂

作为项目第一阶段的一部分,QuesTek已经使用其集成计算材料工程(ICME)技术设计了一套钼基合金。该材料已在冷喷3D打印试验中进行测试,成功地覆盖316不锈钢结构,并提高其耐熔盐腐蚀性能。现在,该公司将应用该技术探索其他耐火合金设计,包括铌、钨、钽等。

Solvus Global的联合创始人兼首席执行官Aaron Birt博士补充说:“通过冷喷涂应用的功能梯度涂层的进一步发展将促进关键技术的商业化。这个项目团队结合了所有关键方面,成功地将材料解决方案从实验室转移到工业,从建模到生产规模扩大。我们期待继续参与该项目,并准备将这种材料解决方案大规模交付给核工业。”

3D打印在核能领域

随着金属3D打印和材料研究的进步,增材制造在核领域的应用越来越广泛。今年早些时候,来自朝鲜原子能研究所3D打印了具有足够电阻性能的大型安全阀在核反应堆中使用。通过将3D打印和数控加工相结合,该团队能够制造出这个重达30公斤的水龙头,并带有一套复杂的内部冷却通道,使其获得了“1级”核安全级别。

在其他地方,普渡大学曾收到过来自能源部的80万美元拨款加快3D打印核反应堆堆芯的开发。由橡树岭国家实验室,该项目旨在建立和介绍世界上第一个3D印刷微反应器到2023年使用定向能量沉积(DED)技术。

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这是由橡树岭国家实验室开发的熔盐反应堆。照片来自橡树岭国家实验室。

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