美國核電站在核反應堆中使用3D打印部件

導讀：3D打印零部件在核工業(yè)領域的應用正在被不斷探索、應用。而現在，這項應用正在逐漸從設計轉向現實。

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的開發(fā)，田納西河谷管理局（TVA）的法國燃料供應商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打印用于核反應堆部件。由于通道緊固件具有簡單但非對稱的設計，因此被認為是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型挑戰(zhàn)反應堆(TCR) 計劃共同合作設計。

△ORNL使用新型增材制造技術為沸水反應堆燃料組件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打印產品庫https://product.nanjixiong.com/已經收錄了這款3D打印機，歡迎咨詢。在打印過程中，團隊獲取每一層的3D數據以驗證組件。據悉，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堆。

△Concept Laser M2 Cusing

ORNL的TCR項目主管Ben Betzler表示，在反應堆中使用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。這項計劃將基礎科學和應用科學與技術聯系起來，提供切實可行的解決方案，展示了先進制造如何改變反應堆技術和組件。Framatome北美燃料研發(fā)經理John Strumpell稱，與TVA和ORNL的合作使我們能夠部署創(chuàng)新技術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。

3D打印在核工業(yè)領域的應用

這一項目可能被認為是3D打印在核反應堆內部的早期應用，但這并不是唯一，因為其他3D打印核反應堆組件技術也在加緊開發(fā)當中。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)核反應堆使用3D打印部件。同年9月，普渡大學從美國能源部（DoE）獲得了80萬美元的撥款，用于加速3D打印核反應堆堆芯的開發(fā)。11月，領先的核燃料組件供應商BWX技術公司（BWXT）與橡樹嶺國家實驗室共同宣布，在開發(fā)專門用于生產反應堆組件的新型增材制造技術方面取得了進展。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。將用于設計、開發(fā)和驗證下一代熔鹽反應堆的新型材料解決方案和工藝，專注于以耐火合金（例如鉬）為表面的雙金屬結構，并利用經濟高效的冷噴涂工藝，為核反應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打印已進入核領域，核反應堆中使用3D打印零件
4. 普渡大學獲美能源部80萬美元，利用人工智能推進3D打印核反應堆的發(fā)展
5. 3D打印核反應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，設計核反應堆的新型3D打印合金
7. ORNL develops and deploys 3D printed reactor components