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3D新聞

深大團(tuán)隊(duì)3D打印新器件讓人造太陽(yáng)離我們更近一步

星之球科技 來(lái)源:東方財(cái)富網(wǎng)2020-07-20 我要評(píng)論(0 )   

近日,深圳大學(xué)相關(guān)團(tuán)隊(duì)首次提出并實(shí)現(xiàn)了基于3D打印一體化自由設(shè)計(jì)和成形復(fù)雜多孔結(jié)構(gòu)正硅酸鋰陶瓷件,有望替代傳統(tǒng)的微球床結(jié)構(gòu),成為新一代產(chǎn)氚器件,展現(xiàn)出重要應(yīng)用...

近日,深圳大學(xué)相關(guān)團(tuán)隊(duì)首次提出并實(shí)現(xiàn)了基于3D打印一體化自由設(shè)計(jì)和成形復(fù)雜多孔結(jié)構(gòu)正硅酸鋰陶瓷件,有望替代傳統(tǒng)的微球床結(jié)構(gòu),成為新一代產(chǎn)氚器件,展現(xiàn)出重要應(yīng)用前景。該研究由深圳大學(xué)增材制造研究所陳張偉和勞長(zhǎng)石教授團(tuán)隊(duì)與中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院(以下簡(jiǎn)稱(chēng)西南物理研究院)合作完成,成果已發(fā)表在《增材制造》雜志上。

據(jù)悉,核聚變的原料主要是氫的同位素——氘和氚。氘可以在海水中得到,全球海水中的氘足夠人類(lèi)使用上百億年。氚則幾乎不存在于自然界,需要靠氦與鋰陶瓷不斷催化反應(yīng)生成。固態(tài)產(chǎn)氚包層是磁約束聚變堆的一個(gè)重要組件,也是商業(yè)化利用核聚變需要解決的核心問(wèn)題之一。

目前,各國(guó)科學(xué)家首選的氚增殖劑材料是正硅酸鋰(Li4SiO4),通行的方法是將正硅酸鋰陶瓷與氦氣發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氚??茖W(xué)家將實(shí)現(xiàn)這一功能的陶瓷部件稱(chēng)為產(chǎn)氚單元。

傳統(tǒng)的鋰陶瓷產(chǎn)氚單元存在填充率有限、無(wú)法自由調(diào)控等問(wèn)題,且在球床結(jié)構(gòu)和性能均勻穩(wěn)定性方面表現(xiàn)不佳,可能導(dǎo)致聚變反應(yīng)堆無(wú)法平穩(wěn)運(yùn)行。為優(yōu)化產(chǎn)氚單元的結(jié)構(gòu),2018年,陳張偉和勞長(zhǎng)石等人與西南物理研究院提出用3D打印正硅酸鋰陶瓷單元方法,研制一種全新結(jié)構(gòu)的產(chǎn)氚單元。

研發(fā)過(guò)程克服了一系列困難與挑戰(zhàn)終于取得了成果,經(jīng)測(cè)試,這種3D打印的這種產(chǎn)氚單元克服了球床填充率有限和應(yīng)力集中引發(fā)的可靠性問(wèn)題,穩(wěn)定性、力學(xué)性能比傳統(tǒng)微球結(jié)構(gòu)提升2倍。與此同時(shí),其產(chǎn)氚效率也有望獲得大大提升。傳統(tǒng)的微球結(jié)構(gòu)占空比最高為65%,而3D打印可以根據(jù)需要在60%到90%之間靈活調(diào)整,正硅酸鋰的比表面積也較微球結(jié)構(gòu)得到大幅增加。


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