北达科他大学(UND)：25万美元用于研究增材制造核反应堆部件

2023年2月，南极熊获悉，北达科他大学(UND)机械工程助理教授 Sougata Roy 获得了 25 万美元的联邦资助，用于研究核反应堆中使用的部件的新制造方法，此研究将侧重于使用增材制造工艺制造核反应堆部件。


△机械工程助理教授 Sougata Roy（中）与他的研究小组

这个研究将使用氮强化奥氏体钢，以此作为制造原料，使用增材制造技术进行组件的制造，制造出的组件将与传统制造出的组件进行对比，对比其优势。Sougata Roy 是这个项目的首席研究员，资金来自国家科学基金会。

Sougata Roy 说：“不同的研究小组正在尝试使用增材制造来制造组件，在过去，这些部件是通过铸造或锻铁锻造制成的，无法调整零件的机械性能或微观结构。但增材制造可以解决这个问题。”

UND 工程与矿业学院院长 Brian Tande 表示，该学院最近进行了投资，以扩大材料科学和先进制造领域的工作。他说：“这项工作将推动金属增材制造的进步，并有可能在能源和国家安全方面的研究工作做出贡献。”

此前，Sougata Roy 获得了美国国防部的资助，用于研究增材制造在海军舰艇上使用的大型部件的潜力。他目前还领导着另外两个由 NASA 资助的增材制造项目。
该项目的零件制造和初步材料表征将在 UND 进行，进一步的分析将在田纳西州橡树岭国家实验室的散裂中子源使用中子衍射进行。Sougata Roy 和他在 UND 的研究小组的一名博士生将在 ORNL 度过 2024 年和 2025 年的夏天。

在制造过程中，组件的测试将集中在组件的高温摩擦学特性上。摩擦学是摩擦、磨损和润滑的科学。Sougata Roy 说这是一个与表面工程不可分割的领域。该项目将探索增材制造、表面工程和摩擦学之间的关系，Sougata Roy在这些领域拥有丰富的研究经验。Sougata Roy 说“在过去的 13 年里，我一直致力于这三个领域，现在我有机会通过这个 NSF 奖在一个项目中利用我的跨学科经验。”

3D打印应用在核领域
●2022年9月，核能服务和零部件供应商 Framatome已在瑞典的 Forsmark 核电站安装了第一个3D打印不锈钢燃料组件。他们制作的拉板网格位于 ATRIUM 11 燃料组件的顶部，是一个非结构性的承重部件，用于固定燃料棒并阻止较大的碎屑从顶部进入燃料组件。上拉板网格很容易进行检验，并且可以根据需要验证这种新的制造工艺是否适合在反应器内使用在传统的制造过程中，上拉板网格是激光焊接的，使用冲压的梳状板，需要额外的制造步骤和操作员监督。增材制造简化了制造过程并增加了设计选项，以增强功能和提高性能。


△拉板网格

●核能就属于可替代能源的其中之一。为促进裂变能源更为广泛的应用，核技术亟需重大进展。2022年8月，位于田纳西州橡树岭超安全核公司进行了剪彩仪式，以制造用于微型模块化反应堆（MMR）能源系统的燃料。Desktop Metal公司的粘合剂喷射3D打印是该公司核燃料的关键。使用橡树岭国家实验室授权的技术，超安全核公司为其核燃料3D打印出耐辐射、耐热的碳化硅外壳，由TRi-structural ISOtropic（TRISO）涂层的燃料颗粒组成。这种全陶瓷微胶囊（FCM）燃料与氦气冷却相结合，旨在最大限度地保证核能源地安全使用。


△超安全核电公司已经授权使用一种新的方法来3D打印用于核反应堆设计的高抗性部件。