【用3D列印重塑核能未來】
#不怕產線停產 #特別造一個專屬零件不困難
核工業以保守著稱，基本上，核反應爐仍在使用半個世紀前夢想的技術。「不壞就不修」的心態是管理建造新核電廠的內在風險和高昂成本的一種方式(當然壞了一定會修啦，只是用厘語來表示這行業的保守以及避免滋事)，但它也扼殺了行業的創新。當然這不代表建造反應爐就可以硬幹，缺少計算評估。核工業發展如此緩慢來自於對災難安全評估的反覆計算，畢竟計算失誤的代價是巨大的，沒人願意重蹈歷史災難覆轍。
但是，規避風險並沒有阻止其他同樣惡名昭著的行業採用新技術。例如航空航太產業，現在許多公司正用3D列印出印整架火箭，無人機或是推進器。核電廠又有何不可？
當然可以，而且正在實踐中，
3D列印，也稱為增材製造(additive manufacturing)，可通過直接從3D模型轉換為實際零件來簡化製造過程。可降低成本，提高品質和設計靈活性，並消除傳統的製造限制。3D設計和打印提供了高品質與低成本錢的選擇，特別是用於製造備件以及創建原型，而原型通常需要巨額成本來建立新的生產線。3D列印產線中的更動幾乎只是程式上的調整。
▋這些年，使用3D列印的核電廠
2017年，西門子首次商用化地在核電廠安裝在3D列印零件且持續安全運行，實現了行業的首度突破。因為核能部門對安全性和可靠性的嚴格要求，這是一個了不起的成就，畢竟核電廠所使用的組件必須堅固，可靠，耐高溫，並且比其他任何行業都要經受更多的監管和質量保證工作。
GE-Hitachi能夠以在核電操作範圍條件內對3D列印的零件與傳統零件進行測試和比較，結果程度相當。同時大幅度地減少浪費並將生產時間減少90％。西屋成功在伊利諾的核電廠安裝了3D列印的頂針堵漏裝置。該設備用於幫助降下燃料束至反應爐芯。這樣方法有助於滿足各種小批量，高關鍵工廠組件的需求，西屋也已經使用了3D列印打造出發電機的模具、支架以及承軸。
最近，能源部位於伊利諾州的Argonne國家實驗室開始使用3D列印進行高階核廢料分離回收，從而使可回收利用的核燃料廢料數量增加到97％。3D列印出了一組離心器，從而消除了零件故障的可能性。
材料方面，瑞典3D列印公司Additive Composite和Add North 3D與Uppsala大學一起開發並發布了一種新的碳化硼複合長絲，適用於輻射屏蔽。該材料的名稱為Addbor N25，由碳化硼和共聚酰胺基質組成。碳化硼是已知的最硬的材料之一，因此已用於許多極端應用，例如坦克裝甲和防彈背心。該材料還具有很高的中子吸收能力，因此非常適合用於核輻射屏蔽。
▋最近的重大突破
而較大的組件(例如用於SMR的壓力槽)可以使用包括3D列印，粉末冶金熱壓（將金屬粉末壓製成固體形狀）和電子束焊接等方法。這些都降低了製造成本和時間。
近日美國能源部另一個國家實驗室Oak Ridge Lab的團隊完成了3D列印核芯(Nuclear Reactor Core)的初步設計，是能源部計畫Transformational Challenge Reactor, (TCR)的主軸。儘管大多數零件仍由常規組件製成，但反應爐芯將完全由碳化矽3D打印而成，碳化矽是一種非常堅固的材料，幾乎無法熔化。圓柱芯為鈍銀，在其中心排列的不規則非角形燃料組件。這就是所有核反應發生的地方，它將負責保持和控制鈾燃料裂變反應的成分。儘管目前設計和印刷的核芯高度不到一英尺半，但這一個比啤酒桶大的反應器將能在2023年上線時貢獻3MW的發電能力，相當於1000個家戶的用電量，
TCR是一種先進的氣冷反應爐，使用氦氣作為冷卻劑，氣冷反應爐具有極高的燃料效率，因為它們在很高的溫度下運行，研究團隊認為3D列印反應爐芯其相對曲折複雜的幾何設計將使效率進一步提高。一旦反應爐啟動，3D列印也將幫助核能工程師更為了解爐芯內部情況，以往必須從外部監視，但在新設計中將允許嵌入式感測器直接從核心提供數據。
TCR爐芯在幾週內就能完成列印。過程中，機器視覺演算法將同步從紅外熱像儀和其他傳感器吸取數據，訓練背後的AI，以幫助其確定在列印過程中是否發生任何缺陷。這也同時減少後續龐大的檢測認證費用，例如一顆螺絲成本可能十幾元，以往的製程中由於缺少監造數據，後續認證費可能高達600萬元。
研究團隊表示：「核電不可能是唯一不採用任何新技術的行業」「我們想打開水閘，在這個國家看到先進的核能。」「因此，與所有其他行業一樣，核能正通過3D列印，新材料應用這兩個新流程進入未來。」
回到核四重啟，府方目前標準藉口中常提到許多零件已經停產...這大概把上面所有公司和強大的美國國家實驗室都當白痴看吧。「Am I a joke to you ?」姑且不論產線是否存在，備品是否足夠，在核工業導入3D列印的現在，生產單一核電廠專用零件一點都不困難，甚至可能更便宜更省時。
▋參考資料
https://reurl.cc/V6WZ1b
https://reurl.cc/Qdalb0
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