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俄羅斯科學家利用3D打印技術突破熱核反應堆材料生產難題

2025-01-22 13:52  瀏覽:  

俄羅斯科學家在熱核反應堆材料生產方面取得重要進展。NUST MISIS與JSC NIIEFA的專家攜手,開發出一種新技術,專門用于生產熱核反應堆中面對等離子體的關鍵組件材料。這些組件在極端環境下工作,需承受高溫及氫同位素暴露等嚴苛條件,對材料性能要求極高。

新技術結合了增材制造(3D打印)與經典方法,成功制造出具有改進特性的鎢和銅雙金屬復合材料。通過選擇性激光熔化技術(一種3D金屬打印方法),科學家們首先制造出鎢多孔結構,隨后在高溫下將銅注入模具中,形成復合材料。這種復合材料結合了鎢的高熔點和銅的其他優良特性,性能遠超當前使用的類似材料。

經過優化,科學家成功獲得了相對密度達96.7%的固體樣品復合材料,其延展性顯著提升,在變形35%時仍未觀察到斷裂,這對于生產面向等離子體的組件至關重要。面向等離子體的組件通常由多種材料制成,增加了可靠連接難度。而新技術使得鎢和銅復合材料的制造成為可能,優化了每種材料的優點,實現了特殊的內部結構。

未來,科學家們計劃繼續利用3D打印技術生產面向等離子體的組件原型,并進行熱負載循環測試,以模擬接近熱核裝置真實運行條件的影響。同時,他們還將優化技術,進一步降低材料的孔隙率,并深入研究材料在熱和等離子體環境下的功能特性。

盡管熱核聚變技術的實際應用還需數十年時間,但全球主要太空探索國家均在積極研發。俄羅斯欲在此領域保持競爭力,需持續推進相關研究。對于民用能源而言,熱核聚變需具備經濟效益,但目前預測仍存在高度不確定性。然而,作為重要的低碳能源來源,熱核聚變的研究依然意義重大,并將持續進行。在此過程中,3D打印技術和核反應堆的研發將繼續發揮關鍵作用。

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