橡树岭国家实验室3D打印核燃料反应堆部件，并成功在TVA核电站安装运行

导读：2021年8月12日，南极熊从外媒获悉，由橡树岭国家实验室（ORNL）开发的首个3D打印部件已经安装在田纳西流域管理局（TVA）位于阿拉巴马州的Browns Ferry核电站。这些部件是四个3D打印的燃料组件支架，现在已经在工厂正常运行。

这些燃料组件是ORNL与TVA和核燃料供应商Framatome合作开发的，是位于ORNL的转型挑战反应堆（TCR）计划的一部分，该计划的目标是在美国境内探索更快和更便宜的核能分配。

ORNL的TCR项目主任Ben Betzler说："在反应堆应用中使用3D打印部件是一个伟大的里程碑，它表明有可能在一个高度管制的环境中提供合格的部件。TCR计划将基础科学和应用科学与技术联系起来，来提供切实的解决方案，表明先进的制造技术可以改变反应堆技术和部件。"

3D打印燃料组件支架

去年12月，ORNL的合作伙伴首次公布了3D打印燃料组件支架的开发和安装计划，这是第一批使用TCR的先进监测和人工智能（AI）技术创建的数字同源实体部件。

ORNL为Framatome的沸水反应堆燃料组件3D打印了通道紧固件，这是一种固定在组件顶部的支架，用于固定引导冷却剂向上通过燃料棒的通道。据报道，这是第一个安装在核反应堆中的3D打印安全相关部件，通道紧固件是TCR数字平台的一个测试案例，该平台正在研究如何快速认证为核反应堆设计的部件的质量。

这些部件现在正在布朗斯费里核电站运行，并将在反应堆中保持六年，接受定期检查。燃料组件支架是在能源部（DoE）位于ORNL的制造示范设施中设计和3D打印的，并被选为第一个用于核反应堆的3D打印应用，这得益于其简单而非对称的几何形状。

ORNL安全和数字制造部门负责人RyanDehoff说："ORNL提供最先进的打印能力，世界一流的机械加工专业知识，新一代数字制造技术，加上全面的表征和测试设备。"

△带有3D打印通道紧固件的沸水反应堆燃料组件组件。照片来自Framatome

TCR计划

世界核能协会报告说，核能目前提供了美国近20%的电力供应，然而到2055年，目前的核反应堆可能会因为许可证到期而退役，因为它们是基于70年的轻水技术。

为了应对这一挑战，ORNL的TCR项目正在寻求为在核领域使用3D打印、计算建模和人工智能铺平道路，作为降低制造成本和交货时间的一种手段，同时也提高安全性。

Framatome公司北美燃料研发经理JohnStrumpell说："与TVA和ORNL的合作使我们能够部署创新技术，并探索新兴的3D打印市场，这将有利于核能行业。这个项目为设计和制造各种3D打印部件提供了基础，将有助于创造清洁能源的未来。"

作为该计划的一部分，ORNL的目标是利用直接能量沉积（DED）3D打印等技术建造一个核反应堆核心。该团队还在建立鉴定方法，以确认用于创建核心的3D打印部件的一致性和可靠性。

ORNL最近宣布了一项专门用于生产反应堆部件的新3D打印技术的进展，该技术能够打印出对核反应堆的安全运行至关重要的高温和难熔金属。

去年，普渡大学在获得能源部80万美元的拨款后，成为TCR项目的重要贡献者，以帮助加速核反应堆核心的开发。为此，普渡大学正在开发一个人工智能模型，以确保TCR微反应器的3D打印部件的核级质量。

TVA的核技术创新总监DanStout补充说："TVA正在积极参与开发未来的新核技术，与ORNL和framatome合作，采用这种创新的制造方法，可以为在现有的核舰队以及先进的反应堆和小型模块化反应堆中使用铺平道路。"