ORNL 制造出首个3D打印“兔子胶囊”，用于HFIR测试核反应堆

2025年1月17日，南极熊获悉，根据美国能源部的报告，橡树岭国家实验室 (ORNL)致力于核能应用增材制造技术的研究人员已经为该中心的高通量同位素反应堆 (HFIR) 设计、3D 打印并测试了一个样品舱，俗称“兔子胶囊（rabbit capsule）”。这标志着增材制造在制造和鉴定用于核反应堆的此类组件方面首次成功演示。

兔子胶囊是核燃料和材料研究必不可少的，可作为在测试反应堆中进行辐照的实验材料的容器。ORNL使用激光粉末床熔融（LPBF）工艺制造了一个不锈钢胶囊，组装、装载实验材料并密封。胶囊在 HFIR 的强中子通量环境中放置了近一个月，并成功经受住了极端条件，展示了增材制造在核应用方面的可行性。

△HFIR于 1965 年建成，运行功率为 85 兆瓦，其稳态中子束是美国最强大的反应堆中子源。HFIR 产生的热中子和冷中子可用于研究物理、化学、材料科学、工程和生物学。每年有500 多名研究人员利用其强中子通量、恒定功率密度和恒定长度的燃料循环进行中子散射研究，以探究凝聚态物质的基本特性。

ORNL 辐照工程小组负责人理查德霍华德强调了这一成就的重要性，并表示这是在展示增材制造如何开发和鉴定传统机械加工无法生产的专用部件方面迈出的重要一步。

在核应用领域采用增材制造具有多重优势。它能够实现使用传统方法难以实现的复杂而独特的设计。它还可以减少生产时间和成本，同时允许快速制作原型并更轻松地集成设计修改。ORNL 制造示范设施主任 Ryan Dehoff 对这项技术的未来表示乐观，并表示随着其可靠性不断得到证明，它可能成为生产关键反应堆部件的标准做法。

测试成功后，ORNL 计划于今年冬天对太空舱进行辐射后评估。这些评估将更深入地了解增材制造部件在反应堆的严苛条件下的表现。

这标志着 ORNL 研究朝着具有严格材料成分、设计和资格标准的核能 3D 打印探索又迈出了一小步。之前的实验见证了整个小型核反应堆的 3D 打印，最近又缩短了 3D 打印核零件和部件的检查时间。研究人员旨在利用增材制造的几何灵活性来制造更复杂、更具创新性的组件，而这些组件原本很难制造。

该项目得到美国能源部先进材料和制造技术计划的支持，致力于通过研究、演示和部署加速新材料和制造技术的商业化。