美國(guó)能源部所屬的橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)開(kāi)發(fā)了一個(gè)3D打印的核反應(yīng)堆堆芯原型,其“轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)反應(yīng)堆(TCR)示范計(jì)劃”的最終目標(biāo)是在2023年之前,用更少的部件制造出一個(gè)先進(jìn)的、全尺寸的3D打印反應(yīng)堆,并集成傳感器和控制裝置。
根據(jù)世界核能協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù),美國(guó)有98座核反應(yīng)堆,分布在30個(gè)州,在不產(chǎn)生碳排放的情況下,提供全美20%的能源供應(yīng)。不幸的是,大多數(shù)反應(yīng)堆都是基于半個(gè)世紀(jì)以來(lái)的老技術(shù),過(guò)去20年里只建造了一個(gè)新的反應(yīng)堆,許多反應(yīng)堆在未來(lái)20年內(nèi)隨著許可證到期而面臨退役。
替換這些反應(yīng)堆將是非常困難和昂貴的,原因有很多,但最大的原因是,美國(guó)的商業(yè)反應(yīng)堆歷來(lái)都是大型的土木工程項(xiàng)目,采用一次性設(shè)計(jì),從設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、建造、演示、測(cè)試、獲得官方批準(zhǔn)到上線需要幾十年的時(shí)間。
TCR示范項(xiàng)目的任務(wù)是通過(guò)發(fā)揮高溫3D快速打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì),結(jié)合先進(jìn)的材料和21世紀(jì)的反應(yīng)堆設(shè)計(jì),在大幅降低成本的同時(shí)加快這一進(jìn)程。據(jù)ORNL稱,這已經(jīng)促成了為期3個(gè)月的“沖刺”,制作出了反應(yīng)堆堆芯原型。
“在過(guò)去幾個(gè)月里,我們一直在積極發(fā)展能力使這個(gè)計(jì)劃成為現(xiàn)實(shí),我們的努力已經(jīng)證明,這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)準(zhǔn)備好了3D打印核反應(yīng)堆堆芯的演示?!盩CR示范項(xiàng)目技術(shù)總監(jiān)Kurt Terrani說(shuō)?!澳壳暗暮穗娦蝿?shì)十分嚴(yán)峻。這是一項(xiàng)基礎(chǔ)性的努力,可以為核工業(yè)界的快速創(chuàng)新打開(kāi)閘門(mén)?!?/p>
“整個(gè)TCR的概念之所以能夠?qū)崿F(xiàn),是因?yàn)榭焖俪尚椭圃旃に嚰夹g(shù)的重大進(jìn)步。通過(guò)使用3D打印技術(shù),我們可以使用過(guò)去幾十年來(lái)核工業(yè)界無(wú)法利用的技術(shù)和材料。這包括用于近乎自主控制的傳感器和數(shù)據(jù)庫(kù),以及一種新的加速鑒定方法,這將使整個(gè)核工業(yè)界受益?!?/p>
該計(jì)劃目前正在利用制造過(guò)程中的持續(xù)監(jiān)測(cè)和人工智能來(lái)完善原型機(jī)的設(shè)計(jì),以評(píng)估材料和性能。ORNL表示,如果這項(xiàng)技術(shù)能夠成功,將迅速改變核能產(chǎn)業(yè)。
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