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當(dāng)核聚變反應(yīng)堆遇上3D打印

所屬分類(lèi)：時(shí)事聚焦    發(fā)布時(shí)間： 2020-07-21    作者：蘭州榮泰帆布廠(chǎng)家
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近年來(lái)，人類(lèi)對(duì)能源的依賴(lài)日益加深。但是，煤炭、石油和天然氣等不可再生資源，并非取之不盡、用之不竭。
產(chǎn)氚單元就像核聚變反應(yīng)堆的心臟
自從核反應(yīng)被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，人們就在不停地探索核能的有效利用。

目前，越來(lái)越多的科學(xué)家和能源..開(kāi)始將目光投向核聚變。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，每升水約含30毫克氘。一座1000兆瓦的核聚變電站，每年耗氘量只需304公斤，按此計(jì)算，全球海水中的氘足夠人類(lèi)使用上百億年。

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但是，氚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。作為磁約束聚變堆的一個(gè)重要組件，固態(tài)產(chǎn)氚包層是聚變能商業(yè)化應(yīng)用前需要解決的核心問(wèn)題之一。
目前，各國(guó)科學(xué)家..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。科學(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)氚單元一般是把正硅酸鋰做成直徑1毫米左右的微球，并將它們堆積起來(lái)，做成球床結(jié)構(gòu)，微球之間的空隙可以注入氦氣。
但是，這種產(chǎn)氚單元的填充率有限，而且無(wú)法自由調(diào)控。此外，微球堆積產(chǎn)生的應(yīng)力集中，容易造成產(chǎn)氚單元結(jié)構(gòu)形變開(kāi)裂等破壞，成為球床結(jié)構(gòu)和性能均勻穩(wěn)定性的掣肘。
一旦產(chǎn)氚單元發(fā)生故障，將直接導(dǎo)致聚變反應(yīng)堆無(wú)法平穩(wěn)運(yùn)行。因此，科學(xué)家一直在嘗試優(yōu)化產(chǎn)氚單元的結(jié)構(gòu)。
另辟蹊徑可使產(chǎn)氚效率大幅提升
針對(duì)上述問(wèn)題，2018年，陳張偉和勞長(zhǎng)石等人與西南物理研究院另辟蹊徑，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。

但是，3D打印面臨的..個(gè)難題就是正硅酸鋰對(duì)環(huán)境特別敏感，極易與水、二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，造成物相破壞，成為偏硅酸鋰。

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