2024 年 7 月，美國(guó)加利福尼亞州阿拉米達(dá)市的凱羅斯電力公司（Kairos Power）在田納西州橡樹嶺啟動(dòng)了赫爾墨斯低功率示范反應(yīng)堆（Hermes Low-Power Demonstration Reactor）的建設(shè)工程。這座未來幾年內(nèi)將完工的設(shè)施，不僅是該公司氟化物鹽冷卻高溫反應(yīng)堆（KP-FHR）核裂變技術(shù)的關(guān)鍵試驗(yàn)平臺(tái)，其建設(shè)過程中積累的經(jīng)驗(yàn)還將為同一地點(diǎn)后續(xù)更大規(guī)模的赫爾墨斯 2 號(hào)反應(yīng)堆（Hermes 2）建造提供重要參考。2025 年 5 月，該項(xiàng)目進(jìn)入核安全相關(guān)組件的施工階段，其中一項(xiàng)核心挑戰(zhàn)便是打造一座高 42 英尺、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的混凝土屏蔽結(jié)構(gòu) ——"生物屏蔽層"（bioshield），它將環(huán)繞反應(yīng)堆容器，在運(yùn)行期間為工作人員提供輻射防護(hù)。

突破傳統(tǒng)：模塊化設(shè)計(jì)與 3D 打印技術(shù)的創(chuàng)新融合

傳統(tǒng)核反應(yīng)堆的混凝土生物屏蔽層多為整體現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，形狀以圓形或方形為主。凱羅斯電力為赫爾墨斯示范反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的生物屏蔽層則采用模塊化理念，通過將整體結(jié)構(gòu)拆分為多個(gè)組件，大幅簡(jiǎn)化施工流程。該屏蔽層由四根角柱支撐，四根混凝土面板通過鋸齒形接縫連接，這種特殊接縫設(shè)計(jì)能有效防止輻射從縫隙泄漏，兼顧了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與核安全防護(hù)要求。

凱羅斯電力首席技術(shù)官兼聯(lián)合創(chuàng)始人愛德華?布蘭福德（Edward Blandford）表示："長(zhǎng)期以來，凱羅斯一直致力于探索加速核電建設(shè)的方法，但在核電行業(yè)中，找到高效經(jīng)濟(jì)的建廠方式始終是一大挑戰(zhàn)。" 為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，凱羅斯電力最初將目光投向預(yù)制混凝土技術(shù)，希望以此縮短現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)間，并與美國(guó)佛羅里達(dá)州杰克遜維爾市的蓋特預(yù)制混凝土公司（Gate Precast Co.）展開溝通。蓋特預(yù)制混凝土公司數(shù)年前完成的一個(gè)項(xiàng)目引起了凱羅斯電力的關(guān)注 —— 該公司為紐約布魯克林一座高層建筑打造了一系列幾何形狀復(fù)雜的預(yù)制混凝土窗立面，其模具并未采用傳統(tǒng)木材，而是與美國(guó)能源部（DOE）橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）制造示范設(shè)施（MDF）合作開發(fā)的 3D 打印碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料模具。

巧合的是，橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的制造示范設(shè)施距離赫爾墨斯反應(yīng)堆選址僅 15 分鐘車程，蓋特預(yù)制混凝土公司順勢(shì)促成了凱羅斯電力與橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的合作。"我們深入了解了蓋特與橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的合作成果，發(fā)現(xiàn)其中蘊(yùn)含著巨大價(jià)值。" 布蘭福德指出，"如果只是制造簡(jiǎn)單的立方體結(jié)構(gòu)，3D 打印并非高效之選，傳統(tǒng)金屬或木質(zhì)模具即可滿足需求。但橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的技術(shù)能夠快速生產(chǎn)出傳統(tǒng)工藝難以制造的復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)，這正是我們所需要的核心優(yōu)勢(shì)。" 更重要的是，橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在大尺寸碳纖維復(fù)合材料 3D 打印領(lǐng)域的早期研究已大幅降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，凱羅斯電力得以直接將其應(yīng)用于特定場(chǎng)景。