國(guó)際首例,！北歐核電站核燃料碎片過(guò)濾器由3D打印制造

2022年6月17日,，南極熊獲悉,，一套3D打印的燃料組件已成功被安裝在斯堪納維亞半島的核電站，這在國(guó)際上尚屬先例,。

這些核燃料碎片過(guò)濾器被命名為StrongHold AM過(guò)濾器,，由能源部門(mén)的技術(shù)供應(yīng)商瑞典西屋電氣公司3D打印。它們是第一個(gè)被批準(zhǔn)用于最終應(yīng)用的同類(lèi)產(chǎn)品,，并已安裝在芬蘭Olkiluoto核電站的2號(hào)機(jī)組和瑞典Oskarshamn核電站的3號(hào)機(jī)組,。

盡管西屋公司進(jìn)行了生產(chǎn)，但金屬StrongHold AM過(guò)濾器實(shí)際上是在與這些工廠(chǎng)的運(yùn)營(yíng)商--芬蘭的Teollisuuden Voima Oyj（TVO）和瑞典的OKG--緊密合作下設(shè)計(jì)的,。

西屋公司燃料輸送部歐洲,、中東和非洲地區(qū)副總裁Carina Önneby說(shuō)："作為第一個(gè)用于插入核電站的3D打印燃料碎片過(guò)濾器，StrongHold AM標(biāo)志著我們利用先進(jìn)制造技術(shù)進(jìn)一步提高沸水反應(yīng)堆（BWR）燃料可靠性的一個(gè)重要里程碑,。"

△一個(gè)StrongHoldAM 3D打印的核燃料碎片過(guò)濾器,。照片來(lái)自西屋公司。

什么是燃料碎片過(guò)濾器,？

核能反應(yīng)堆根據(jù)核裂變的原理運(yùn)作,，中子猛烈撞擊原子，將它們分裂成更小的原子并釋放能量,。這種能量被用來(lái)加熱水并產(chǎn)生蒸汽,，使渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)以產(chǎn)生電力�,？闪炎儾牧媳粌�(chǔ)存在燃料棒中,，這些燃料棒的完整性對(duì)該過(guò)程的成功和安全都至關(guān)重要。

核電站的風(fēng)險(xiǎn)之一是由于外來(lái)碎片進(jìn)入反應(yīng)堆而導(dǎo)致的燃料故障,。因此,，燃料碎片過(guò)濾器是核能發(fā)電中發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵安全措施之一，因?yàn)樗鼈兪菍?zhuān)門(mén)用來(lái)捕獲碎片并阻止其損壞燃料組件中的包層,。如果沒(méi)有它們,，發(fā)電廠(chǎng)將經(jīng)歷更頻繁的非計(jì)劃性停運(yùn),，這將是昂貴的。

奧斯卡桑恩3號(hào)工廠(chǎng)經(jīng)理AndreasRoos解釋說(shuō)："燃料損壞會(huì)迫使我們暫時(shí)停止運(yùn)行,，這影響了供應(yīng)安全,，并帶來(lái)不必要的成本，減少燃料損壞的風(fēng)險(xiǎn)對(duì)我們的業(yè)務(wù)是非常有幫助的,�,！�

△奧爾基洛托2號(hào)反應(yīng)堆容器內(nèi)的過(guò)濾器。照片來(lái)自TVO,。

通過(guò)3D打印提高性能

3D打印碎片過(guò)濾器實(shí)際上是為作為整體燃料組件的一部分而設(shè)計(jì)的,，它在這兩個(gè)發(fā)電廠(chǎng)最近的一次燃料加注中斷中被安裝上。據(jù)項(xiàng)目合作伙伴稱(chēng),，打印部件中所包含復(fù)雜的結(jié)構(gòu)難以用傳統(tǒng)工藝制造,。

除了在制造上具有成本效益外，與傳統(tǒng)的同類(lèi)產(chǎn)品相比,，這些過(guò)濾器還能為燃料組件提供更好的保護(hù),。

TVO公司燃料采購(gòu)組組長(zhǎng)ArttuKnuutila說(shuō)："在把3D打印這種新技術(shù)應(yīng)用到核電站方面，我們可以自豪地扮演先驅(qū)者的角色,，甚至在全球也是如此,。我們現(xiàn)在可以獲得使用3D打印金屬產(chǎn)品的重要實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，這將成為未來(lái)越來(lái)越重要的操作解決方案,。擁有像西屋公司這樣強(qiáng)大的合作伙伴網(wǎng)絡(luò)是非常重要的,，他們部署增材制造來(lái)推動(dòng)增強(qiáng)能力。"

增材制造技術(shù)的應(yīng)用是核電領(lǐng)域的一項(xiàng)新的大膽嘗試,。今年早些時(shí)候,，超安全核公司（USNC）授權(quán)使用一種新方法，用碳化硅等耐火材料為核反應(yīng)堆3D打印部件,。該方法由橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā),，利用粘結(jié)劑噴射，使反應(yīng)堆部件的制作更加高效,。

△燃料組件支架是第一個(gè)插入核電站的3D打印安全相關(guān)部件,。圖片來(lái)自Fred List/ORNL，美國(guó)能源部,。

△ORNL為Framatome的沸水反應(yīng)堆燃料組件3D打印的通道緊固件,。照片來(lái)自Framatome。

USNC隨后從DesktopMetal最近更新的X系列粘合劑噴射系統(tǒng)中購(gòu)買(mǎi)了兩臺(tái)新的3D打印機(jī),，以促進(jìn)他們正在進(jìn)行的項(xiàng)目,。這些機(jī)器將用于3D打印創(chuàng)新的燃料設(shè)計(jì)，以用于新一代的先進(jìn)核反應(yīng)堆。