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(cè)試

2025年7月20日，南極熊獲悉，美國(guó)能源部橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)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(cè)試了兩個(gè)3D打印不銹鋼實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中容納樣品材料，使研究人員能夠測(cè)試這些材料在核反應(yīng)堆中的反應(yīng)。膠囊為實(shí)驗(yàn)提供了壓力和密封屏障，這是一項(xiàng)至關(guān)重要的安全措施。

ORNL團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)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(píng)估，是因?yàn)樗哂袃?yōu)異的高溫強(qiáng)度、耐腐蝕和耐輻射性能、成熟的核級(jí)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(tuán)隊(duì)組裝并驗(yàn)證了這些膠囊的有效性，以便由橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)達(dá)一個(gè)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(jì)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(huì)成為生產(chǎn)其他關(guān)鍵反應(yīng)堆部件的標(biāo)準(zhǔn)做法?！?/div>

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(cè)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(shí)驗(yàn)艙是一個(gè)成本高昂且耗時(shí)的過程，需要定制材料和設(shè)計(jì)。3D 打印可以簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)艙的開發(fā)，顯著降低生產(chǎn)這些部件的成本和時(shí)間，最終推動(dòng)核科學(xué)技術(shù)的更大創(chuàng)新。

橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(kuò)展我們團(tuán)隊(duì)的工具集，以開發(fā)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)來支持這一關(guān)鍵需求?！?/div>

這項(xiàng)工作由美國(guó)能源部核能辦公室先進(jìn)材料和制造技術(shù)項(xiàng)目贊助。