增材制造核應(yīng)用突破！ORNL 3D打印鋼膠囊順利通過核反應(yīng)堆輻照測試

2025年7月20日，南極熊獲悉，美國能源部橡樹嶺國家實驗室 (ORNL)在核部件創(chuàng)新方面樹立了新的里程碑，在ORNL的高通量同位素反應(yīng)堆 (HFIR) 上成功測試了兩個3D打印不銹鋼實驗艙。這一成就標(biāo)志著增材制造部件能夠滿足核應(yīng)用所需的嚴(yán)格安全標(biāo)準(zhǔn)邁出了重要一步。

這些膠囊用于在輻照實驗中容納樣品材料，使研究人員能夠測試這些材料在核反應(yīng)堆中的反應(yīng)。膠囊為實驗提供了壓力和密封屏障，這是一項至關(guān)重要的安全措施。

ORNL團隊在實驗室的制造示范設(shè)施（MDF）中使用激光粉末床熔融（LPBF）系統(tǒng)3D打印了316H不銹鋼膠囊。這種鋼材之所以受到評估，是因為它具有優(yōu)異的高溫強度、耐腐蝕和耐輻射性能、成熟的核級性能以及在反應(yīng)堆環(huán)境中安全耐用使用所必需的可焊性。

隨后，研究團隊組裝并驗證了這些膠囊的有效性，以便由橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的輻照工程小組將其放入高頻紅外（HFIR）系統(tǒng)。這些膠囊在反應(yīng)堆中經(jīng)歷了長達一個月的輻照，最終完好無損地被取出。此次演示為未來使用增材制造技術(shù)生產(chǎn)核部件設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。

ORNL 中密度纖維板主管 RyanDehoff 表示：“隨著我們證明這些打印部件的可靠性，我們看到未來增材制造可能會成為生產(chǎn)其他關(guān)鍵反應(yīng)堆部件的標(biāo)準(zhǔn)做法。”

HFIR 提供了世界上最高的中子通量環(huán)境之一，使研究人員能夠在核反應(yīng)堆等條件下測試和鑒定燃料和材料。制造和鑒定用于輻照燃料和材料樣品的實驗艙是一個成本高昂且耗時的過程，需要定制材料和設(shè)計。3D 打印可以簡化實驗艙的開發(fā)，顯著降低生產(chǎn)這些部件的成本和時間，最終推動核科學(xué)技術(shù)的更大創(chuàng)新。

橡樹嶺國家實驗室核能與燃料循環(huán)部門負(fù)責(zé)人理查德·霍華德表示：“核材料和燃料研究界被要求確保先進的反應(yīng)堆技術(shù)能夠適應(yīng)極其惡劣的條件。增材制造將擴展我們團隊的工具集，以開發(fā)創(chuàng)新實驗來支持這一關(guān)鍵需求。”

這項工作由美國能源部核能辦公室先進材料和制造技術(shù)項目贊助。