中國深圳大學和西南物理研究所的研究人員已經開發出一種增材製造陶瓷結構的手段，可以發射出核反應堆燃料。

利用負載鋰的陶瓷和 DLP 3D 打印，該團隊已經能夠創造出能夠自我充分產(chan) 生氚的 " 繁殖毯 "，這是核聚變過程的一個(ge) 重要元素。在未來，科學家們(men) 的細胞裝置可以被用作實驗反應堆內(nei) 所見的卵石床的更有效版本，幫助推動該技術解決(jue) 全球能源短缺問題。

" 科學家們(men) 在他們(men) 的研究中說：" [ 我們(men) 的 ] 結構擁有高的相位純度和適合的、可定製的有效 ' 包裝分數 '，用於(yu) [ 氚 ] 的培育應用。"3D 打印在設計和製造方麵的靈活控製的獨特優(you) 勢，可能為(wei) 在核聚變技術中使用的新型定製的高性能氚增殖器結構鋪設一條有希望的道路。"

科學家們(men) 的 3D 打印細胞結構被設計用來取代傳(chuan) 統核反應堆內(nei) 的卵石床。圖片來自《增材製造》雜誌

氚的關(guan) 鍵核作用

盡管核電比許多現有的能源提供了潛在的安全、清潔和可持續發展的好處，但該技術的發展在很大程度上依賴於(yu) 在實驗性反應堆內(nei) 進行的研發。在這種研究中，進行所謂的 "D-T 反應 "，其中氘和氚作為(wei) 燃料被消耗，對於(yu) 將核聚變轉換為(wei) 可提取的能源至關(guan) 重要。

然而，雖然氘資源可以從(cong) 海水中提取，但地球上無法自然找到氚，因此它的生產(chan) 已成為(wei) 推進核反應堆性能的關(guan) 鍵。目前，氫同位素通常由含鋰的 " 毯子 " 收集，這些毯子與(yu) 反應堆堆芯內(nei) D-T 反應產(chan) 生的中子發生有效衝(chong) 突，在此過程中產(chan) 生氚氣。

在這些吸收裝置中，切向堆積的卵石床最常被用來促進反應物的釋放，但這些裝置可能容易開裂並導致不穩定。因此，為(wei) 了開發一種具有更大可定製性的鵝卵石床的替代品，中國科學家采用了 3D 打印技術，並創造了一種內(nei) 部接觸點較少的一體(ti) 化氚孕育解決(jue) 方案，從(cong) 而減少其脆弱性。

研究人員的 3D 打印原型（如圖）具有中空的集成結構。照片來自《增材製造》雜誌

3D 打印新型燃料 " 床

鑒於(yu) 他們(men) 的實驗將在室溫的相對濕度下進行，科學家們(men) 需要開發一種不會(hui) 與(yu) 水蒸氣發生反應的材料，並失去其相的純度。為(wei) 了實現這一目標，該團隊在一個(ge) 充滿惰性氬氣的手套箱內(nei) 將鋰、陶瓷和一氧化矽混合成一種樹脂基陶瓷 " 漿液 "。

一旦他們(men) 的漿液準備好了，研究人員使用商業(ye) Ceraform100 3D 打印機將其光聚成細胞原型，然後在後處理過程中對其進行排膠和燒結。由此產(chan) 生的 10 × 10 × 10 mm3 的交叉結構的體(ti) 積比或 " 包裝分數 " 為(wei) 60%，類似於(yu) 目前在卵石床中看到的情況。

此外，盡管該團隊的標本最初是淡黃色的，但在排膠過程中燒掉泥漿中的有機成分後，最終的部分呈現出更傳(chuan) 統的白色。科學家們(men) 將這些模型的尺寸精度描述為(wei) " 相當好 "，後來發現它們(men) 的收縮率是均勻的，並且通過使用 MES 成像，它們(men) 在微觀上沒有裂縫。

由於(yu) 他們(men) 的原型所表現出的 " 無缺陷的結構特征 "，研究小組得出結論，他們(men) 的新型 3D 打印方法代表了氚孕育結構生產(chan) 的一個(ge) " 有前途的 " 發展，並且與(yu) 目前實驗性聚變反應堆中的傳(chuan) 統卵石床相比是一個(ge) " 有吸引力的替代方案 "。

研究小組的 3D 打印樣品的 SEM 圖像。圖片來自《增材製造》雜誌。

3D 打印進入核領域

隨著增材製造的進展繼續使更多的溫度和耐熱部件的生產(chan) 成為(wei) 可能，該技術正越來越多地被用於(yu) 解決(jue) 核應用。例如，韓國原子能研究所（KAERI）的研究人員已經 3D 打印了一個(ge) 大型安全閥，具有 IAEA 1 級抗性。

在其他地方，美國能源部對 3D 打印的核潛力進行了大量投資，它目前正與(yu) 橡樹嶺國家實驗室合作製造一個(ge) 反應堆核心。被稱為(wei) 轉型挑戰反應堆（TCR）的微反應堆正在建造中，以使核工業(ye) 更容易采用現代技術。

阿貢國家實驗室的科學家們(men) 也在努力優(you) 化核聚變過程，他們(men) 已經開發出一種可以重複利用高達 97% 的相關(guan) 廢物的方法。利用 3D 打印技術，那裏的團隊創造了一套相互連接的接觸器，能夠以高達 99.9% 的效率過濾掉雜質。

研究人員的發現在他們(men) 題為(wei) "3D 打印陶瓷細胞結構的潛在核聚變應用 " 的論文中得到了詳細說明。該研究由劉宇、陳章偉(wei) 、李俊傑、龔保平、王龍、勞長石、王培、劉長勇、馮(feng) 永進和王曉宇共同撰寫(xie) 。