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罗志良:当核聚变反应堆遇上3D打印 “人造太阳”有望更快“发光

罗志良:当核聚变反应堆遇上3D打印 “人造太阳”有望更快“发光

近年来,人类对能源的依赖日益加隐士深。但是,煤炭、石油和天然气等敷料不可再生资源,并非取之不尽、用瞎奶之不竭。

随着核技术日渐成熟,回文诗被誉为“人造太阳”和“人类终极粳米能源”的可控核聚变反应堆,或有武师可能为人类源源不断地提供清洁能杂活儿源、造福后代子孙。这项技术的主清泉要原理是氘和氚在高温高压条件下回禄产生核聚变反应,并生成大量热能光通量用于发电。

近日,深圳大学增材硝烟制造研究所陈张伟和劳长石教授团小注队,与中核集团核工业西南物理研钐刀究院(以下简称西南物理研究院)灾难合作,首次提出并实现了基于3D打印一体化自由设计和成形复杂多后娘 孔结构正硅酸锂陶瓷件,有望替代低保传统的微球床结构,成为新一代产砾漠氚器件,展现出重要应用前景。该做工成果已发表在《增材制造》杂志上盐井。

目前,越来越多的科学家和能特警源专家开始将目光投向核聚变。核券种聚变的原料主要是氢的同位素——命数氘和氚。氘可以在海水中得到,每酒肆升水约含30毫克氘。一座100灯箱0兆瓦的核聚变电站,每年耗氘量沙弥只需304公斤,按此计算,全球火捻海水中的氘足够人类使用上百亿年黑板报。

但是,氚几乎不存在于自然界芳龄,需要靠氦与锂陶瓷不断催化反应选本生成。作为磁约束聚变堆的一个重小舅子要组件,固态产氚包层是聚变能商棺木业化应用前需要解决的核心问题之同班一。

目前,各国科学家首选的氚阴暗面增殖剂材料是正硅酸锂(Li4SiO4),通行的方法是将正硅酸补色锂陶瓷与氦气发生反应产生氚。科串子 学家将实现这一功能的陶瓷部件称活阎王为产氚单元。

传统的锂陶瓷产氚羊水单元一般是把正硅酸锂做成直径1钢板毫米左右的微球,并将它们堆积起网篮来,做成球床结构,微球之间的空上半场隙可以注入氦气。

但是,这种产黄油氚单元的填充率有限,而且无法自乏汽由调控。此外,微球堆积产生的应形成层力集中,容易造成产氚单元结构形计划变开裂等破坏,成为球床结构和性谱系能均匀稳定性的掣肘。

一旦产氚江米纸引魂幡单元发生故障,将直接导致聚变反汤药应堆无法平稳运行。因此,科学家天趣一直在尝试优化产氚单元的结构。藤牌

针对上述问题,2018年,陈报告张伟和劳长石等人与西南物理研究欠缺院另辟蹊径,提出用3D打印正硅馋鬼酸锂陶瓷单元方法,研制一种全新男人结构的产氚单元。

但是,3D打耐性印面临的第一个难题就是正硅酸锂大姐对环境特别敏感,极易与水、二氧片尾化碳发生反应,造成物相破坏,成眼白为偏硅酸锂。

“为此,我们从正风潮硅酸锂粉体的存储、可打印的粉体峦嶂浆料的配制、打印工艺的实现到热顺价处理等过程中,均针对环境变量进助力行了严苛的约束与把控。例如配制球艺粉体浆料过程就需要在充满惰性气工字钢体的手套箱中进行,并且各类添加安瓿剂均为不含水且不能与正硅酸锂产髽髻生反应的有机溶剂材料。在这样的当事人环境中进行浆料的配制和3D打印疹子,能够确保正硅酸锂的物相稳定。身板”陈张伟教授告诉科技日报记者。笔杆子

“陶瓷3D打印有两种主要固化岗亭成形方式,一种光固化,另一种是正风粉末烧结或熔化。”陈张伟说,粉卤虾油末烧结是用高能量激光直接对陶瓷墓道粉末进行高温烧结,烧成所需的形声旁状,但是因为温度比较高,容易产浮头儿生开裂,而且精度可控性较差。而粤菜光固化不仅开裂缺陷较少,打印精人家度较高,同时对多孔结构细节具有冷遇很强的把控能力。

陈张伟介绍说遏蓝菜:“我们在正硅酸锂粉体浆料中混眼睑合了经优选过的有机化学添加剂组监考分,以及小剂量的光敏添加剂,它无定形物对特定波长的光敏感,利用405群岛纳米紫外光对浆料进行照射,可以陡坡实现浆料的光聚合固化。”

3D打印出来的结构件,再进行高温烧凤鲚结,在1050摄氏度的环境中烧常年制8—10小时实现瓷化,就能去上声 除固化结构中的各种添加剂,且不牡蛎再跟环境中的水和二氧化碳发生反知识应,“这些化学添加剂是以物理方二审式添加进去的,不会对正硅酸锂造面积成破坏。”陈张伟解释道。

采用婚恋这种方法打印出来的产氚单元是一茶托体化无缺陷结构,经过测试,克服海侵了球床填充率有限和应力集中引发地缘的可靠性问题,其稳定性、力学性药方能比传统微球结构提升2倍。

3麻药D打印出来的这种产氚单元的产氚讹舛效率也有望获得大大提升。传统的潜水员微球结构占空比最高为65%,而天数3D打印可以根据需要在60%到魁元90%之间灵活调整,正硅酸锂的风凉话比表面积也较微球结构得到大幅增学堂加。

国际同行给予高度评价,认币制为提出的3D打印技术在核聚变核耳报神心陶瓷部件的制造与应用极具创新剑眉性。该研究在核聚变堆应用方面极豪族具前景,将为替代传统球床陶瓷产光板儿氚结构和推动托卡马克核聚变反应耳光技术商业化提供更多可能。

3D打印作为一种新兴的先进制造方式葛麻,颠覆了传统制造模式。3D打印抛物面技术可实现复杂结构一体化成形,字幕具有制造周期短、材料利用率高等盛馔 特点,是复杂构件制造的重要创新披肩发方法。在核聚变反应堆中,也逐渐工地展现出独特的优势。

据陈张伟教半边授介绍,此前,深圳大学增材制造脆性研究所已与西南物理研究院合作,钓钩围绕核聚变堆第一壁CLF-1钢大风构件的选择性激光熔化工艺(SLM,金属材料增材制造中的一种主片酬要技术途径)及其组织性能调控开女声展了系统研究工作,首次将非均质书系双/多模组织设计思路引入到SLM成形高强韧低活化马氏体钢(RAFM,为未来核聚变堆研发的钢客官种)的开发,基于SLM工艺参数闶阆 和扫描策略的优化,SLM成形CLF-1钢兼具高强度与高塑性,字幅其综合强韧性显著优于目前文献报鸭绒道的RAFM钢。

这项研究为3水具D打印高强韧RAFM钢的结构设冷招 计提供重要理论依据和技术指导,秋景 促进核聚变堆关键部件组织性能可正凶控的一体化成型。

另据媒体报道错版,2018年,中科院合肥物质科语调 学研究院已经利用3D打印技术实臭棋现核聚变堆关键部件——包层第一跃层壁样件的试制。

研究人员以中国要闻低活化马氏体钢(CLAM)为原槽钢材料,打印出来的部件样品尺寸精孽根度符合设计要求,材料的致密度达火头上到99.7%,与传统方法制备的密室CLAM钢强度相当。同时,研究船埠还发现3D打印的逐层熔化和定向黑社会凝固特性导致了不同方向上CLAM钢组织和性能的差异,这种差异融资未来可以通过扫描方案优化和熔池尸首形核优化等方式有效降低甚至消除添加剂。该研究表明,3D打印技术在核草鱼聚变堆等先进核能系统复杂构件制军龄造上具有良好的应用前景。

基础价值量科学的日新月异和3D打印技术的路面不断变革与创新,使人类在工程技配餐术领域的探索充满想象空间,未来自变量 核聚变堆的各个零部件全是由3D打印制造出来的并不是没有可能。过客

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