韩国科学家利用3D打印制造核能安全阀

众所周知，核能是一种更为清洁的能源，能够帮助各个国家远离化石燃料（石油、煤等）带来的大气污染等问题。不过，核电站出现问题造成的灾难也是震撼人心的，因此核电站的安全维护和维修是十分重要的。为了给核电站配备更为充足的备件生产源，韩国原子能研究所（KAERI）的科学家已经3D打印了一个具有足够阻力特性的大型安全阀，使其能够在核反应堆中使用。

3D打印的核能安全阀

以美国为例，自2007年以来，美国已投产了24座反应堆。为了确保这些工厂继续安全运行，并且避免再次发生过去的灾难，请经常对其进行维护和维修。但是，KAERI团队发现某些安全关键部件的短缺，例如用于减轻堆芯压力的化学和体积控制系统（CVCS）阀门。

具体而言，CVCS用于在反应堆内执行流体供应或流量任务，并且虽然可以部署在其他地方，但安全级阀门始终必须满足某些标准。例如，核部件在部署之前必须通过水压，运行和流量测试，并且以前证明按需创建足够有弹性的组件是困难的。

阀门设备由三个独立部分组成

根据KAERI科学家的说法，仅金属3D打印还不足以替代传统生产，以制造核备用件。但是，通过将定向能量沉积（DED）技术与5轴CNC加工相结合，该团队发现他们能够以所需的极高精确度来制造复制品。

研究人员的铬和镍基阀门具有3D打印的阀体，阀盖和阀笼，组装后，对300mm装置进行了严格的评估。在压力测试期间，发现设备的层边界充当残余应力的焦点，从而使强度降低了7-8％。

同样，当CVCS在1100摄氏度的热等静压机（HIP）中进行后处理时，其完整性降低了33％，比传统阀门高出18％。不过，就稳定的性能及其“疲劳极限”而言，这种增材制造的设备的抗拉强度为202.6 MPa，优于商用产品。

总体而言，研究小组得出结论，尽管对热处理产生了反应，但其附加阀的恒定强度足以使其最终使用。考虑到该小组的CECS复制了1类类别的组件，国际原子能机构的核监管机构会将其归类为“其失效会导致严重程度高的后果的部分”。3D打印部件的强度确实得到了高度赞扬。

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