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美国能源部所属的橡树岭国家实验室(ORNL)开发了一个3D打印的核反应堆堆芯原型,其“转型挑战反应堆(TCR)示范计划”的最终目标是在2023年之前,用更少的部件制造出一个先进的、全尺寸的3D打印反应堆,并集成传感器和控制装置。

根据世界核能协会的数据,美国有98座核反应堆,分布在30个州,在不产生碳排放的情况下,提供全美20%的能源供应。不幸的是,大多数反应堆都是基于半个世纪以来的老技术,过去20年里只建造了一个新的反应堆,许多反应堆在未来20年内随着许可证到期而面临退役。

替换这些反应堆将是非常困难和昂贵的,原因有很多,但最大的原因是,美国的商业反应堆历来都是大型的土木工程项目,采用一次性设计,从设计、开发、建造、演示、测试、获得官方批准到上线需要几十年的时间。

TCR示范项目的任务是通过发挥高温3D快速打印技术的优势,结合先进的材料和21世纪的反应堆设计,在大幅降低成本的同时加快这一进程。据ORNL称,这已经促成了为期3个月的“冲刺”,制作出了反应堆堆芯原型。
“在过去几个月里,我们一直在积极发展能力使这个计划成为现实,我们的努力已经证明,这项技术已经准备好了3D打印核反应堆堆芯的演示。”TCR示范项目技术总监Kurt Terrani说。“目前的核电形势十分严峻。这是一项基础性的努力,可以为核工业界的快速创新打开闸门。”

“整个TCR的概念之所以能够实现,是因为快速成型制造工艺技术的重大进步。通过使用3D打印技术,我们可以使用过去几十年来核工业界无法利用的技术和材料。这包括用于近乎自主控制的传感器和数据库,以及一种新的加速鉴定方法,这将使整个核工业界受益。”

该计划目前正在利用制造过程中的持续监测和人工智能来完善原型机的设计,以评估材料和性能。ORNL表示,如果这项技术能够成功,将迅速改变核能产业。

 
 
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