橡樹嶺國家實驗室3D打印核燃料反應堆部件,，并成功在TVA核電站安裝運行

導讀：2021年8月12日,，南極熊從外媒獲悉，由橡樹嶺國家實驗室（ORNL）開發(fā)的首個3D打印部件已經安裝在田納西流域管理局（TVA）位于阿拉巴馬州的Browns Ferry核電站,。這些部件是四個3D打印的燃料組件支架,，現(xiàn)在已經在工廠正常運行。

這些燃料組件是ORNL與TVA和核燃料供應商Framatome合作開發(fā)的,，是位于ORNL的轉型挑戰(zhàn)反應堆（TCR）計劃的一部分,，該計劃的目標是在美國境內探索更快和更便宜的核能分配。

ORNL的TCR項目主任Ben Betzler說："在反應堆應用中使用3D打印部件是一個偉大的里程碑,，它表明有可能在一個高度管制的環(huán)境中提供合格的部件,。TCR計劃將基礎科學和應用科學與技術聯(lián)系起來，來提供切實的解決方案,，表明先進的制造技術可以改變反應堆技術和部件。"

3D打印燃料組件支架

去年12月,，ORNL的合作伙伴首次公布了3D打印燃料組件支架的開發(fā)和安裝計劃,，這是第一批使用TCR的先進監(jiān)測和人工智能（AI）技術創(chuàng)建的數(shù)字同源實體部件。

ORNL為Framatome的沸水反應堆燃料組件3D打印了通道緊固件,，這是一種固定在組件頂部的支架,，用于固定引導冷卻劑向上通過燃料棒的通道。據(jù)報道,，這是第一個安裝在核反應堆中的3D打印安全相關部件,，通道緊固件是TCR數(shù)字平臺的一個測試案例，該平臺正在研究如何快速認證為核反應堆設計的部件的質量,。

這些部件現(xiàn)在正在布朗斯費里核電站運行,，并將在反應堆中保持六年，接受定期檢查,。燃料組件支架是在能源部（DoE）位于ORNL的制造示范設施中設計和3D打印的,，并被選為第一個用于核反應堆的3D打印應用，這得益于其簡單而非對稱的幾何形狀,。

ORNL安全和數(shù)字制造部門負責人RyanDehoff說："ORNL提供最先進的打印能力,，世界一流的機械加工專業(yè)知識，新一代數(shù)字制造技術,，加上全面的表征和測試設備,。"

△帶有3D打印通道緊固件的沸水反應堆燃料組件組件。照片來自Framatome

TCR計劃

世界核能協(xié)會報告說,，核能目前提供了美國近20%的電力供應,，然而到2055年,，目前的核反應堆可能會因為許可證到期而退役，因為它們是基于70年的輕水技術,。

為了應對這一挑戰(zhàn),，ORNL的TCR項目正在尋求為在核領域使用3D打印、計算建模和人工智能鋪平道路,，作為降低制造成本和交貨時間的一種手段,，同時也提高安全性。

Framatome公司北美燃料研發(fā)經理JohnStrumpell說："與TVA和ORNL的合作使我們能夠部署創(chuàng)新技術,，并探索新興的3D打印市場,，這將有利于核能行業(yè)。這個項目為設計和制造各種3D打印部件提供了基礎,，將有助于創(chuàng)造清潔能源的未來,。"

作為該計劃的一部分，ORNL的目標是利用直接能量沉積（DED）3D打印等技術建造一個核反應堆核心,。該團隊還在建立鑒定方法,，以確認用于創(chuàng)建核心的3D打印部件的一致性和可靠性。

ORNL最近宣布了一項專門用于生產反應堆部件的新3D打印技術的進展,，該技術能夠打印出對核反應堆的安全運行至關重要的高溫和難熔金屬,。

去年，普渡大學在獲得能源部80萬美元的撥款后,，成為TCR項目的重要貢獻者,，以幫助加速核反應堆核心的開發(fā)。為此,，普渡大學正在開發(fā)一個人工智能模型,，以確保TCR微反應器的3D打印部件的核級質量。

TVA的核技術創(chuàng)新總監(jiān)DanStout補充說："TVA正在積極參與開發(fā)未來的新核技術,，與ORNL和framatome合作,，采用這種創(chuàng)新的制造方法，可以為在現(xiàn)有的核艦隊以及先進的反應堆和小型模塊化反應堆中使用鋪平道路,。"