3D打印蜂窝结构旨在取代传统核反应堆中的卵石床

中国深圳大学和西南物理研究所的研究人员开发了一种增材制造陶瓷结构的方法，该结构可以排放核反应堆燃料。利用载锂陶瓷和DLP3D打印，该团队已经能够创造出能够自给自足产生氚的“繁殖毯”，氚是核聚变过程的重要元素。未来，科学家们的蜂窝设备可以用作实验反应堆中更有效的卵石床版本，有助于推进技术解决全球能源短缺问题。

“我们开发的结构具有高相纯度和适合[氚]育种应用的有效‘填充分数’，”科学家在他们的研究中说。“在3D打印的设计和制造中灵活控制的独特优势可能为设计用于核聚变技术的新型定制高性能氚增殖结构的更大可能性铺平道路。”

科学家们的3D打印蜂窝结构旨在取代传统核反应堆中的卵石床。图片来自增材制造期刊。

氚的关键核作用

在这些吸收装置中，切向填充的卵石床最常用于促进反应物的释放，但这些装置容易开裂并导致不稳定。为了开发具有更大可裁剪性的卵石床替代品，中国科学家因此采用了3D打印，并创建了一种内部接触点较少的集成氚育种解决方案，从而降低了其脆弱性。

研究人员的3D打印原型（如图）具有中空的集成结构。照片来自增材制造杂志。

3D打印新型燃料“床”

鉴于他们的实验将在室温的相对湿度下进行，科学家们需要开发一种不会与水蒸气发生反应并失去其相纯度的材料。为了实现这一目标，该团队将锂、陶瓷和一氧化硅混合到一个充满惰性氩气氛的手套箱内的树脂基陶瓷“浆料”中。

由于原型展示的“无缺陷结构特征”，该团队总结出他们新颖的3D打印方法，代表氚育种结构生产中的“有希望”的发展，以及与传统的“有吸引力的替代方案”相比在当前的实验聚变反应堆中看到的卵石床。

研究团队3D打印样品的SEM图像。图片来自增材制造期刊。

3D打印与核应用

随着增材制造的进步继续使生产更耐高温和耐热的零件成为可能，该技术越来越多地用于解决核应用。例如，韩国原子能研究所(KAERI)的研究人员3D打印了一个具有IAEA 1级阻力质量的大型安全阀。

在其他地方，美国能源部在3D打印的核潜力方面投入了大量资金，目前正在与橡树岭国家实验室合作制造反应堆堆芯。被称为转型挑战反应堆(TCR)的微型反应堆正在建造，旨在使核工业更容易采用现代技术。

阿贡国家实验室的科学家们也在努力优化核聚变过程，他们已经开发出一种可重复利用高达97%的相关废物的方法。利用3D打印，那里的团队创建了一组相互连接的接触器，能够以高达99.9%的效率过滤掉杂质。