近年來，人類對能源的依賴日益加深。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。有沒有可能一勞永逸地破解人類能源短缺的困局？隨著核技術(shù)日漸成熟，被譽(yù)為“人造太陽”和“人類終極能源”的可控核聚變反應(yīng)堆，或有可能為人類源源不斷地提供清潔能源、造福后代子孫。 UYsyVY`Fm|  
g:fzf>oQ>p  
項技術(shù)的主要原理是氘和氚在高溫高壓條件下產(chǎn)生核聚變反應(yīng)，并生成大量熱能用于發(fā)電。 ( 2i{8  
Ui05o7xg~p  
近日，深圳大學(xué)增材制造研究所陳張偉和勞長石教授團(tuán)隊，與中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院（以下簡稱西南物理研究院）合作，首次提出并實現(xiàn)了基于3D打印一體化自由設(shè)計和成形復(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。該成果已發(fā)表在《增材制造》雜志上。 gIcm`5+T  
K5:>  
~\
[\S!"  
產(chǎn)氚單元就像核聚變反應(yīng)堆的心臟 XV:icY  
自從核反應(yīng)被發(fā)現(xiàn)以來，人們就在不停地探索核能的有效利用。 h
V[=  
jHBP:c  
目前，越來越多的科學(xué)家和能源專家開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，按此計算，全球海水中的氘足夠人類使用上百億年。 8B|B[,`  
}XIUz|  
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題之一。 lwp(Pq  
QHbjZJ N  
目前，各國科學(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。科學(xué)家將實現(xiàn)這一功能的陶瓷部件稱為產(chǎn)氚單元。 Hy#<f
Kz`!  
WcKL=Z?(  
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，做成球床結(jié)構(gòu)，微球之間的空隙可以注入氦氣。 R^tDL  
~"i4"Op&  
但是，這種產(chǎn)氚單元的填充率有限，而且無法自由調(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)形變開裂等破壞，成為球床結(jié)構(gòu)和性能均勻穩(wěn)定性的掣肘。 ^y3snuLtE  
/|aD,JVN"  
一旦產(chǎn)氚單元發(fā)生故障，將直接導(dǎo)致聚變反應(yīng)堆無法平穩(wěn)運行。因此，科學(xué)家一直在嘗試優(yōu)化產(chǎn)氚單元的結(jié)構(gòu)。 AJR`ohh  
T`SpIdzB.
 
另辟蹊徑可使產(chǎn)氚效率大幅提升 ,|Lf6k  
xGo,x+U*  
針對上述問題，2018年，陳張偉和勞長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。 z*O
Q4_  
,-_\Y hY>  
但是，3D打印面臨的第一個難題就是正硅酸鋰對環(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。 Nt P=m @  
Nm,