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橡樹嶺國家實驗室將利用3D列印打造核子反應爐核心

3D列印可望為核能產業帶來重大革新。法新社

美國橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Lab)嘗試利用3D列印在實驗室中打造核子反應爐核心。研究團隊認為,3D列印有助於降低建造核子反應爐的成本與時間,可望為數十年停滯不前的核能產業技術帶來重大的革新。

根據WIRED、Futurism報導,橡樹嶺國家實驗室正在嘗試打造一座名為Transformational Challenge Reactor (TCR)的氣冷式核子反應爐,並預計於2023年啟用。與傳統氣冷式反應爐不同的是,這將是全球第一個使用3D列印核心的核子反應爐。

目前多數開發中的反應爐,都是在幾十年舊有的基礎上改良,然而最大的問題便在於打造反應爐所需的大量時間與成本。

負責帶領研究團隊的Kurt Terrani表示,長期以來核能產業都是一個十分保守的產業,很難接受新的改變。然而作為美國主要無碳能源的核能,如果一直裹足不前,將可能無法跟上時代的腳步。

TCR反應爐的多數零件仍將以傳統方法製造,但其核心將以碳化矽為材料,並完全採用3D列印打造。碳化矽是一種十分堅固材質,不會被高溫融化。Terrani團隊設計的反應爐核心高度不到1.5英尺,可放置在啤酒桶大小的反應爐中。反應爐啟用之後,將可生產3 MW的電力,足夠應付1千戶一般家庭的需求。

TCR反應爐將以氦氣作為冷卻劑,不同於美國其他使用液態冷卻的反應爐。由於氣冷式反應爐可在極高溫下運作,因此燃料效率也更高,而3D列印的反應核心還能讓效率進一步提升。

TCR反應爐核心內部充滿了複雜的網路及冷卻通道,並不適合使用傳統機器加工技術,但如果使用3D列印,便能實現以往無法完成的設計。

在反應爐核心的列印過程中,工程師可利用機器視覺演算法,分析各項感測資料,管控列印品質。在反應爐啟用後,3D列印的內嵌感測器也能讓工程師更清楚掌握核心狀況,而不再只能從外部觀察。

此外,3D列印也能擺脫傳統核反應爐零件漫長又昂貴的檢驗流程。如果產品出現瑕疵,便會直接顯示在資料中,不需再另外使用超音波或其他昂貴的檢驗方法。為此,橡樹嶺實驗室也投入了機器學習的訓練,希望透過演算法加快反應爐零件審核的效率。


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