ORNL 制造出首個3D打印“兔子膠囊”，用于HFIR測試核反應堆

2025年1月17日，南極熊獲悉，根據(jù)美國能源部的報告，橡樹嶺國家實驗室 (ORNL)致力于核能應用增材制造技術的研究人員已經為該中心的高通量同位素反應堆 (HFIR) 設計、3D 打印并測試了一個樣品艙，俗稱“兔子膠囊（rabbit capsule）”。這標志著增材制造在制造和鑒定用于核反應堆的此類組件方面首次成功演示。

兔子膠囊是核燃料和材料研究必不可少的，可作為在測試反應堆中進行輻照的實驗材料的容器。ORNL使用激光粉末床熔融（LPBF）工藝制造了一個不銹鋼膠囊，組裝、裝載實驗材料并密封。膠囊在 HFIR 的強中子通量環(huán)境中放置了近一個月，并成功經受住了極端條件，展示了增材制造在核應用方面的可行性。

△HFIR于 1965 年建成，運行功率為 85 兆瓦，其穩(wěn)態(tài)中子束是美國最強大的反應堆中子源。HFIR 產生的熱中子和冷中子可用于研究物理、化學、材料科學、工程和生物學。每年有500 多名研究人員利用其強中子通量、恒定功率密度和恒定長度的燃料循環(huán)進行中子散射研究，以探究凝聚態(tài)物質的基本特性。

ORNL 輻照工程小組負責人理查德霍華德強調了這一成就的重要性，并表示這是在展示增材制造如何開發(fā)和鑒定傳統(tǒng)機械加工無法生產的專用部件方面邁出的重要一步。

在核應用領域采用增材制造具有多重優(yōu)勢。它能夠實現(xiàn)使用傳統(tǒng)方法難以實現(xiàn)的復雜而獨特的設計。它還可以減少生產時間和成本，同時允許快速制作原型并更輕松地集成設計修改。ORNL 制造示范設施主任 Ryan Dehoff 對這項技術的未來表示樂觀，并表示隨著其可靠性不斷得到證明，它可能成為生產關鍵反應堆部件的標準做法。

測試成功后，ORNL 計劃于今年冬天對太空艙進行輻射后評估。這些評估將更深入地了解增材制造部件在反應堆的嚴苛條件下的表現(xiàn)。

這標志著 ORNL 研究朝著具有嚴格材料成分、設計和資格標準的核能 3D 打印探索又邁出了一小步。之前的實驗見證了整個小型核反應堆的 3D 打印，最近又縮短了 3D 打印核零件和部件的檢查時間。研究人員旨在利用增材制造的幾何靈活性來制造更復雜、更具創(chuàng)新性的組件，而這些組件原本很難制造。

該項目得到美國能源部先進材料和制造技術計劃的支持，致力于通過研究、演示和部署加速新材料和制造技術的商業(yè)化。