借助TRISO燃料和難熔金屬3D打印,，塑造新一代更安全,、更經(jīng)濟的核反應堆

BWX Technologies（紐約證券交易所代碼：BWXT）剛剛獲得了Battelle Energy Alliance LLC授予的490萬美元的合同修正案,，以制造TRISO核燃料。BEA代表能源部管理愛達荷國家實驗室,。根據(jù)修正案的條款,，BWXT子公司Nuclear Operations Group,， Inc.將生產(chǎn)一定數(shù)量的天然鈾TRISO顆粒，這些顆粒將用于為下一代微反應器提供動力,，以提供安全的核能,。

BWXT核運營集團總裁Joel Duling表示："我們對TRISO和特種燃料市場的增長感到興奮和信心，并且隨著我們自2020年春季以來的第三份TRISO燃料生產(chǎn)合同,，我們相信這種信心正在得到驗證,。"我們具有獨特的優(yōu)勢，可以在燃料,，設(shè)計和制造微反應器方面承擔更多工作,。

△一種三氧化二燃料顆粒。TRISO顆粒不能在反應堆中熔化,，并且可以承受遠遠超過當前核燃料閾值的極端溫度,。

TRISO是指鈾核反應堆燃料的具體設(shè)計。TRISO是術(shù)語TRIstructural-ISOtropic的縮寫形式,。TRIstructural是指鈾燃料周圍的涂層,，而ISOTROPIC是指在各個方向上具有均勻材料特性的涂層，以便保留裂變產(chǎn)物,。顆粒非常�,。ù蠹s罌粟種子的大小）并且非常堅固,。它們可以制成圓柱形顆粒球體,，用于高溫氣體或熔融鹽冷卻反應器。與傳統(tǒng)反應堆燃料相比,，TRISO燃料在結(jié)構(gòu)上更耐中子輻照,、腐蝕、氧化和高溫,。每個顆粒都具備自己的安全殼系統(tǒng),，這要歸功于其三層涂層。這使它們能夠在所有反應堆條件下保留裂變產(chǎn)物,。簡而言之,，TRISO顆粒不能在反應堆中熔化，并且可以承受遠遠超過當前核燃料閾值的極端溫度,。

TRISO燃料測試引起了先進反應堆界的廣泛興趣,。一些反應堆供應商，如X-energy和Kairos Power,，以及國防部,，正計劃使用TRISO燃料進行設(shè)計，包括一些小型模塊化和微型反應堆概念,。BWXT是目前唯一一家使用生產(chǎn)規(guī)模設(shè)備生產(chǎn)經(jīng)過輻照測試的鈾氧碳化物TRISO燃料的美國公司,。其TRISO生產(chǎn)設(shè)施目前已獲準生產(chǎn)這種類型的高含量低濃縮鈾（HALEU）燃料,，該燃料正在一系列實驗中進行驗證。BWXT還在使用能源部和國防部先前宣布的資助設(shè)計TRISO燃料的微反應器,。這就是3D打印首次在核領(lǐng)域發(fā)揮作用的地方,。

用于3D打印反應堆的TRISO燃料

早在2020年3月，BWXT核運營集團（NOG）就獲得了美國能源部橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的合同,，生產(chǎn)TRISO核燃料,，以支持轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)反應堆（TCR）的持續(xù)發(fā)展。TCR項目旨在建造一個增材制造的微反應器,，并計劃到2024年投入使用一個示范廠區(qū),。

NOG是BWXT的子公司，于2019年底開始在其林奇堡（弗吉尼亞州）工廠生產(chǎn)TRISO燃料,。"我們正在為先進核技術(shù)尋找新市場,，這項合同授予具有戰(zhàn)略意義，"BWXT NOG總裁Joel Duling說,。"我們對這個獎項感到非常高興,，并期待與橡樹嶺國家實驗室和能源部合作，通過一種新穎,，低成本,，增材制造的核反應堆來證明安全和清潔的核能發(fā)電。合同范圍包括鈾仁,、TRISO涂層替代材料和TRISO涂層鈾內(nèi)核的制造和交付,。ORNL將使用這些材料，因為它將繼續(xù)開發(fā)和原型化反應堆的設(shè)計和先進制造工藝,。

△BWXT的TRISO生產(chǎn)設(shè)施目前已獲得許可并投入運營，并且正在進行產(chǎn)能擴張

核工業(yè)效益

作為部署3D打印核反應堆的一部分,，該計劃還創(chuàng)建了一個數(shù)字平臺,，以幫助將該技術(shù)移交給工業(yè)界，以快速采用增材制造的核能技術(shù),。"由于增材制造工藝技術(shù)的重大進步,，整個TCR概念成為可能，"Terrani說,。"通過使用3D打印,，我們可以使用核社區(qū)在過去幾十年中無法利用的技術(shù)和材料。這包括用于近自主控制的傳感器和數(shù)據(jù)庫,，以及一種新的和加速的認證方法,，這將使整個核社區(qū)受益。但TCR的最終目標比單個反應堆更大：它徹底改變核工業(yè)以及其他行業(yè)的制造業(yè),。這意味著外部公司已經(jīng)從ORNL從TCR計劃中學到的東西中受益,。"當我們?yōu)門CR開發(fā)這個框架時,，我們也在與那些可以從增材制造和數(shù)據(jù)分析技術(shù)中受益的公司合作，以生產(chǎn)組件,，"ORNL的沉積科學和技術(shù)集團負責人Ryan Dehoff說,。"我們已經(jīng)向他們展示了3D打印可以提供的好處 - 特別是在核工業(yè)中 - 現(xiàn)在我們正在與他們合作，開始實現(xiàn)其中一些優(yōu)勢,。

△在ORNL的能源部制造示范設(shè)施中,，為行業(yè)合作伙伴Kairos Power生產(chǎn)的用于縮小反應堆原型的部件。圖片來源：Kairos Power

一個例子是Kairos Power,。由于轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)反應堆計劃中采用的技術(shù)相同,，ORNL使用增材制造來不斷調(diào)整原型，快速生產(chǎn)一系列零件進行測試,�,？偛课挥诩永�福尼亞州的Kairos還希望在緊迫的時間內(nèi)開發(fā)創(chuàng)新的核技術(shù)，這使得該公司與ORNL合作,，為其自己的反應堆原型生產(chǎn)特定部件,。該部分是一個封閉的泵葉輪，是熱交換器回路的一部分,，旨在通過熱源移動熔鹽,。它需要承受高達600攝氏度的溫度，并且需要與原型的其余部分完美契合,，以便其工作方式?jīng)]有變化,。它需要具有完全正確的形狀，完全正確的尺寸和完全正確的表面,。