北達(dá)科他大學(xué)(UND)：25萬美元用于研究增材制造核反應(yīng)堆部件

2023年2月，南極熊獲悉，北達(dá)科他大學(xué)(UND)機(jī)械工程助理教授 Sougata Roy 獲得了 25 萬美元的聯(lián)邦資助，用于研究核反應(yīng)堆中使用的部件的新制造方法，此研究將側(cè)重于使用增材制造工藝制造核反應(yīng)堆部件。


△機(jī)械工程助理教授 Sougata Roy（中）與他的研究小組

這個(gè)研究將使用氮強(qiáng)化奧氏體鋼，以此作為制造原料，使用增材制造技術(shù)進(jìn)行組件的制造，制造出的組件將與傳統(tǒng)制造出的組件進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比其優(yōu)勢。Sougata Roy 是這個(gè)項(xiàng)目的首席研究員，資金來自國家科學(xué)基金會(huì)。

Sougata Roy 說：“不同的研究小組正在嘗試使用增材制造來制造組件，在過去，這些部件是通過鑄造或鍛鐵鍛造制成的，無法調(diào)整零件的機(jī)械性能或微觀結(jié)構(gòu)。但增材制造可以解決這個(gè)問題�！�

UND 工程與礦業(yè)學(xué)院院長 Brian Tande 表示，該學(xué)院最近進(jìn)行了投資，以擴(kuò)大材料科學(xué)和先進(jìn)制造領(lǐng)域的工作。他說：“這項(xiàng)工作將推動(dòng)金屬增材制造的進(jìn)步，并有可能在能源和國家安全方面的研究工作做出貢獻(xiàn)。”

此前，Sougata Roy 獲得了美國國防部的資助，用于研究增材制造在海軍艦艇上使用的大型部件的潛力。他目前還領(lǐng)導(dǎo)著另外兩個(gè)由 NASA 資助的增材制造項(xiàng)目。
該項(xiàng)目的零件制造和初步材料表征將在 UND 進(jìn)行，進(jìn)一步的分析將在田納西州橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的散裂中子源使用中子衍射進(jìn)行。Sougata Roy 和他在 UND 的研究小組的一名博士生將在 ORNL 度過 2024 年和 2025 年的夏天。

在制造過程中，組件的測試將集中在組件的高溫摩擦學(xué)特性上。摩擦學(xué)是摩擦、磨損和潤滑的科學(xué)。Sougata Roy 說這是一個(gè)與表面工程不可分割的領(lǐng)域。該項(xiàng)目將探索增材制造、表面工程和摩擦學(xué)之間的關(guān)系，Sougata Roy在這些領(lǐng)域擁有豐富的研究經(jīng)驗(yàn)。Sougata Roy 說“在過去的 13 年里，我一直致力于這三個(gè)領(lǐng)域，現(xiàn)在我有機(jī)會(huì)通過這個(gè) NSF 獎(jiǎng)在一個(gè)項(xiàng)目中利用我的跨學(xué)科經(jīng)驗(yàn)�！�

3D打印應(yīng)用在核領(lǐng)域
●2022年9月，核能服務(wù)和零部件供應(yīng)商 Framatome已在瑞典的 Forsmark 核電站安裝了第一個(gè)3D打印不銹鋼燃料組件。他們制作的拉板網(wǎng)格位于 ATRIUM 11 燃料組件的頂部，是一個(gè)非結(jié)構(gòu)性的承重部件，用于固定燃料棒并阻止較大的碎屑從頂部進(jìn)入燃料組件。上拉板網(wǎng)格很容易進(jìn)行檢驗(yàn)，并且可以根據(jù)需要驗(yàn)證這種新的制造工藝是否適合在反應(yīng)器內(nèi)使用在傳統(tǒng)的制造過程中，上拉板網(wǎng)格是激光焊接的，使用沖壓的梳狀板，需要額外的制造步驟和操作員監(jiān)督。增材制造簡化了制造過程并增加了設(shè)計(jì)選項(xiàng)，以增強(qiáng)功能和提高性能。


△拉板網(wǎng)格

●核能就屬于可替代能源的其中之一。為促進(jìn)裂變能源更為廣泛的應(yīng)用，核技術(shù)亟需重大進(jìn)展。2022年8月，位于田納西州橡樹嶺超安全核公司進(jìn)行了剪彩儀式，以制造用于微型模塊化反應(yīng)堆（MMR）能源系統(tǒng)的燃料。Desktop Metal公司的粘合劑噴射3D打印是該公司核燃料的關(guān)鍵。使用橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室授權(quán)的技術(shù)，超安全核公司為其核燃料3D打印出耐輻射、耐熱的碳化硅外殼，由TRi-structural ISOtropic（TRISO）涂層的燃料顆粒組成。這種全陶瓷微膠囊（FCM）燃料與氦氣冷卻相結(jié)合，旨在最大限度地保證核能源地安全使用。


△超安全核電公司已經(jīng)授權(quán)使用一種新的方法來3D打印用于核反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的高抗性部件。