由美国能源部开发的3D打印零件橡树岭国家实验室(ORNL)最早可能于2021年春季在目前运行的核反应堆中进行测试。
由ORNL合作开发的燃料组件支架田纳西流域管理局核燃料供应商金通公司据报道，这将是首个安装在核电站的3D打印安全相关组件。
ORNL最近与Framatome和TVA合作，将额外制造的部件引入核反应堆，使用在ORNL领导下开发的相同技术转型挑战反应堆(TCR)示范项目，探索更快、更便宜的核能在美国的分布。
TCR是一个通过3D打印和其他先进技术建造的微反应堆，计划在2024年投入使用。ORNL的TCR主任科特·特拉尼说:“我们在问自己，我们如何通过这个项目在整个核社区中增加价值?
“TCR的全部目的是表明，你可以引进新技术，并应用它们，以更快的方式实现更廉价的核能。”
展示我的能力
3D打印的燃料组件通道紧固件——一种固定在组件顶部的托架，以固定引导冷却剂向上穿过燃料棒的通道——预计将于明年春天安装在TVA的布朗渡轮核电站。ORNL表示，除了第一个安装在核反应堆中的3D打印部件，它们还将是第一个使用TCR先进监测和人工智能(AI)技术创建的数字双胞胎实体部件。
为布朗渡船工厂沸水反应堆的燃料组件而生产的沟槽紧固件，因其几何简单和“低风险”而被选择，使其成为3D打印在这一领域能力的理想展示。
“这不是一个具有挑战性的组成部分，”俄勒冈州国家实验室物理科学理事会的弗雷德·里斯特说。“我们试图弄清楚的是加法制造需要克服的一些简单问题，以使模型非常精确——一层一层地——以最小的失真。”
使用微焊接工艺，通道紧固件的形状可以在很小的增量内改变，这可能提供一种更经济的方法来制造传统的铸造和机械加工的零件。该部件的3D打印也是TCR数字平台的一个测试案例，该平台正在探索快速验证核反应堆设计组件质量的方法。将增材制造和人工智能相结合来监控生产过程并验证零件质量是TCR计划的一个关键目标。
Terrani继续说道:“这是我们第一次将一部分部件放入核管理委员会许可的反应堆中，它拥有所有的数字化制造数据。这是我们与监管机构和核供应商协调努力的第一步，以证明一种新的、大大加快的部件鉴定方法是可能的。”
推进核产业发展
它的核心目标之一识别项目是为3D打印、计算建模和人工智能在核工业中的应用铺平道路，以降低制造成本和交货周期，同时提高安全性和可访问性。根据世界核能协会在美国，核能提供了美国近20%的电力供应，然而，所有提供核能的反应堆都是基于已有70年历史的轻水技术。
ORNL启动TCR项目的目的是建造核反应堆堆芯利用科学和制造业的最新进展，包括直接能量沉积(DED) 3D打印，同时也鼓励核工业采用现代技术方法。
今年9月,普渡大学收到了80万美元的资助美国能源部(美国能源部)将成为TCR示范计划的关键贡献者，并加快核反应堆堆芯的发展。普渡大学是开发人工智能模型以确保TCR微反应堆组件的核级质量，这将利用机器学习范式来微调和优化增材制造参数，如打印速度和熔化温度。
上个月，俄勒冈州nl宣布了一项3D打印新技术专门用于生产反应堆组件，与核和燃料组件供应商合作开发BWX技术(BWXT)。该工艺使3D打印高温合金和难熔金属成为可能，这对核反应堆的安全运行至关重要。
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特色图像显示，燃料组件支架是第一个3D打印的安全相关组件，将插入核电站。图片来自Fred List/ORNL，美国能源部。
