用于商业核聚变的3D关键核燃料生产装置

近日，据白令三维了解，深圳大学的科学家们探索了一种利用增材制造技术来优化其fusion生产单元的核聚变反应堆“心脏”的新技术。

在研究军事和工业应用中，用于核聚变反应的常用燃料元素是氘和tri。氘很容易从地球上获得，可以从海水等来源获得。另一方面，tri很难在地球上自然地发现，并且只能通过氦和锂陶瓷（例如钛酸锂和原硅酸锂）之间的连续催化反应以商业规模生产。用卵石形式的这些锂陶瓷制成的“繁殖毯”，可以产生足够数量的tri，以使核反应堆发挥作用。production的生产单元是这种繁殖层机制，其中繁殖材料（原硅酸锂和氦气）反应生成tri。

制造床结构的传统方法在填充率方面存在局限性，无法自由调节。由微球的堆积引起的应力集中还可以导致生产单元的变形或破裂，威胁床的均匀稳定性并限制结构。优化和确保生产装置的稳定性和结构是科学家在建造商业核聚变反应堆时面临的主要挑战之一。

深圳大学增材制造研究所的陈章伟教授，在这里探讨了3D打印正硅酸锂育种毯结构的问题。研究人员使用基于DLP的陶瓷3D打印技术（具有405纳米的紫外线）进行固化，以生产出一种多孔结构，与粉末烧结或熔化相比，该结构具有更少的裂纹缺陷和更高的精度。

根据该团队的说法，3D打印tri生产单元具有集成的无缺陷结构，消除了因填充率和应力集中度有限而引起的可靠性问题，将机械性能提高了两倍，并增加了锂的比表面积原硅酸盐，覆盖了传统的微球结构。

此外，具有3D打印结构的包装比例可满足育种人员的结构要求，其效率要高于传统的微球结构。3D打印结构的占空比可以在60-90％之间调整，而传统结构的占空比为65％。

此类应用证明并扩大了先进核能系统的研究和生产中的增材制造的范围，特别是在制造，集成传感器和控件，优化复杂组件以提高性能，甚至回收核燃料方面。

2018年，中国科学院的研究人员使用SLM和抗中子辐照钢（CLAM钢）作为原材料，成功地试生产了核聚变反应堆的关键组件熔覆壁。就在今年5月，橡树岭国家实验室使用定向能量沉积（DED）和不锈钢设计了3D打印核反应堆堆芯的原型。此外，世界上最大的聚变反应堆ITER这是一个雄心勃勃的全球项目，涉及35个国家，旨在证明聚变电力的商业生产。