国际首例！北欧核电站核燃料碎片过滤器由3D打印制造

2022年6月17日，南极熊获悉，一套3D打印的燃料组件已成功被安装在斯堪纳维亚半岛的核电站，这在国际上尚属先例。

这些核燃料碎片过滤器被命名为StrongHold AM过滤器，由能源部门的技术供应商瑞典西屋电气公司3D打印。它们是第一个被批准用于最终应用的同类产品，并已安装在芬兰Olkiluoto核电站的2号机组和瑞典Oskarshamn核电站的3号机组。

尽管西屋公司进行了生产，但金属StrongHold AM过滤器实际上是在与这些工厂的运营商--芬兰的Teollisuuden Voima Oyj（TVO）和瑞典的OKG--紧密合作下设计的。

西屋公司燃料输送部欧洲、中东和非洲地区副总裁Carina Önneby说："作为第一个用于插入核电站的3D打印燃料碎片过滤器，StrongHold AM标志着我们利用先进制造技术进一步提高沸水反应堆（BWR）燃料可靠性的一个重要里程碑。"

△一个StrongHoldAM 3D打印的核燃料碎片过滤器。照片来自西屋公司。

什么是燃料碎片过滤器？

核能反应堆根据核裂变的原理运作，中子猛烈撞击原子，将它们分裂成更小的原子并释放能量。这种能量被用来加热水并产生蒸汽，使涡轮机转动以产生电力。可裂变材料被储存在燃料棒中，这些燃料棒的完整性对该过程的成功和安全都至关重要。

核电站的风险之一是由于外来碎片进入反应堆而导致的燃料故障。因此，燃料碎片过滤器是核能发电中发现的关键安全措施之一，因为它们是专门用来捕获碎片并阻止其损坏燃料组件中的包层。如果没有它们，发电厂将经历更频繁的非计划性停运，这将是昂贵的。

奥斯卡桑恩3号工厂经理AndreasRoos解释说："燃料损坏会迫使我们暂时停止运行，这影响了供应安全，并带来不必要的成本，减少燃料损坏的风险对我们的业务是非常有帮助的。“

△奥尔基洛托2号反应堆容器内的过滤器。照片来自TVO。

通过3D打印提高性能

3D打印碎片过滤器实际上是为作为整体燃料组件的一部分而设计的，它在这两个发电厂最近的一次燃料加注中断中被安装上。据项目合作伙伴称，打印部件中所包含复杂的结构难以用传统工艺制造。

除了在制造上具有成本效益外，与传统的同类产品相比，这些过滤器还能为燃料组件提供更好的保护。

TVO公司燃料采购组组长ArttuKnuutila说："在把3D打印这种新技术应用到核电站方面，我们可以自豪地扮演先驱者的角色，甚至在全球也是如此。我们现在可以获得使用3D打印金属产品的重要实践经验，这将成为未来越来越重要的操作解决方案。拥有像西屋公司这样强大的合作伙伴网络是非常重要的，他们部署增材制造来推动增强能力。"

增材制造技术的应用是核电领域的一项新的大胆尝试。今年早些时候，超安全核公司（USNC）授权使用一种新方法，用碳化硅等耐火材料为核反应堆3D打印部件。该方法由橡树岭国家实验室开发，利用粘结剂喷射，使反应堆部件的制作更加高效。

△燃料组件支架是第一个插入核电站的3D打印安全相关部件。图片来自Fred List/ORNL，美国能源部。

△ORNL为Framatome的沸水反应堆燃料组件3D打印的通道紧固件。照片来自Framatome。

USNC随后从DesktopMetal最近更新的X系列粘合剂喷射系统中购买了两台新的3D打印机，以促进他们正在进行的项目。这些机器将用于3D打印创新的燃料设计，以用于新一代的先进核反应堆。