3D打印的核能“玩家”

来源：中国核动力设计研究院

“我国核能发展正处于重大历史机遇期，增材制造在核能全生命周期都体现出了巨大潜在价值……”在中核集团“第四届核工业青年科技论坛”上，来自于中国核动力研究设计院的青年科研工作者陆祺向参会人员分享了增材制造赋能先进反应堆研发的生动实践。

增材制造这个听上去颇为专业的词语，有着另一个更为大众熟知的叫法，那就是3D打印。作为第四次工业革命的核心技术代表，近年来，在航空、航天、车辆、电子等领域都出现了它的身影。但对于核领域，3D打印却还处于“入门阶段”。

如何让3D打印与反应堆发生“碰撞”？如何利用3D打印全方位提升反应堆性能，甚至产生一些颠覆性的设计方案或是应用场景？

如果说3D打印是一个变革性的“新玩法”，那陆祺便是其在核能领域应用中的一名“新玩家”。

不懂就问，迅速脱离“新手村”

2017年，即将从重庆大学动力工程及工程物理专业博士毕业的陆祺，向核动力院投出了简历。

“当时觉得国家能源结构正在转型，核能作为可持续清洁能源，有着巨大的潜力和机遇。同时也是希望自己多年所学的专业知识能够真正运用在实际工作中。”谈及选择投身于核领域的初心时，陆祺这样说，“2020年，国家‘双碳’目标的提出也更加坚定了我最初的想法。”

在正式入职前，为更好地适应即将到来的新环境，并尽快融入团队，陆祺提前半年来到了核动力院，开启了实习生涯。

“现在看来，那半年的实习是非常有意义的，帮我缩短了所谓的‘新手成长期’。” 陆祺回忆道，“学校里更多是专注于自己研究项目的细节与深度，但实际工作中，面对的是更加复杂和多样的工程问题，两者之间在工作方式和思维模式上都存在不小差距。”

而这其中的一个“秘诀”便是：不懂就问。“无论是技术难题还是工作流程上的疑惑，对于不懂的问题，我会主动去找老师。”陆祺说。

半年的实习期，他就像一块海绵，不断吸收新的知识和经验，也正是凭借着这样一种积极主动的态度和不断探索的精神，让他迅速融入了核动力院的工作氛围，完成了从学生到科研工作者身份的转变。


敢于尝试，新领域里的“新玩家”
2020年，恰逢核动力院“第四次创业”起航，院将增材制造列为对核能产生重大影响的颠覆性创新技术，成立了院增材制造推进工作组，一直深耕科研技术一线的陆祺做了一次新的尝试，成为了核动力院增材制造团队的“初始队员”。

“虽然3D打印在工业领域已有不少应用，但是在核能领域，真正可直接借鉴的经验非常少，大家都在‘摸石头过河’。”陆祺说。这个全新的技术领域，既给他带来了一定的挑战，同时也让他对新技术的发展充满了期待。

“3D打印技术最为重要的特点之一是极大地降低了制造对设计的限制，释放设计自由度，使原来无法在传统工业中实现的创新设计成为可能，从而研发出性能达到跨越式提升的新产品。”陆祺做了一个通俗易懂的比喻，“比如我们的堆芯，在传统制造技术下，它可能只能是方形、圆形等常规可制造的形状，物理、热工、力学等性能裕量并没有得到充分释放，但3D打印就可以突破这样的限制，比如花瓣形、蜂巢形甚至更加难以想象的形状，为提升性能指标提供了新的技术途径。”

但想要真正实现这样的技术突破，并不容易。

对此，陆祺瞄准3D打印数字化与智能化特点，带领团队在核领域开展了“数智设计技术”攻关。

“长期以来反应堆研发主要依赖经验性设计，我们首先想到的就是要打破‘制造约束设计’，建立正向设计方法。但这之前没有人做过。”陆祺说，“受工业设计学科启发，我们通过借鉴生成式设计方法，初步搭建了反应堆数智设计程序框架。”

由于是新领域，团队几乎每周都会聚在一起“头脑风暴”， 常常为了一个难点反复讨论、分析。虽然失败是常有的事，但大家不曾因“过程的曲折”而轻言放弃。经过近三年的努力，陆祺及其团队搭建了以“数字建模、优化驱动、智能加速”为核心的“数智设计技术”，从特征参数、形状变量、拓扑关系三个层级支撑反应堆“数智设计”的实现。

“在概念阶段，通过拓扑优化获得满足设计目标的基本构型；在初设阶段，以拓扑优化结果为依据，通过形状优化改进基本构型；在详设阶段，利用参数优化对细节特征进行打磨。” 陆祺介绍说。“特别值得一提的是，我们首次建立了全堆流体拓扑优化技术，实现堆芯功率分布与流量分配精准匹配。” 这些成绩背后，承载着的正是陆祺和团队成员无数次迎难而上的决心和对新领域、新技术的执着追求。

持之以恒，做敢于“冒险”的人
从一名初出茅庐的新手，到如今独当一面的团队负责人，在多年的学习工作中，陆祺始终保持着对技术创新的热情，并以持之以恒的精神面对所遇到的每一个挑战。这种精神驱使他在科研的道路上不断前行，成为勇于“冒险”的先行者。

除了在3D打印领域的探索，陆祺还深度参与了华龙一号与自主化燃料研发，在反应堆计算流体力学应用、热工水力软件研制、堆芯强化传热研究等方面也做出了出色成绩。

锲而不舍，金石可镂。他先后发表了数十篇SCI论文，主持了多项国家级与省部级基金，入选了集团青年英才与院突出贡献人才。面对这些，陆祺博士却始终保持谦逊。

科研之路是漫长而充满未知挑战的，但时间会给予我们答案。“对于新技术而言，绝不是短时间就能收获结果的，我们要长远的看待它的发展，并坚持走下去。”陆祺坚定地说。

对于未来，陆祺也有着清晰明确的规划：“一方面将进一步优化‘数智设计技术’，探索设计数字化到智能化的转变。另一方面将瞄准创新型微堆整体图像研究，探索微堆研发新范式。”

浩渺行无极，扬帆但信风。接下来，他将继续开启自己的“冒险之旅”，做科技前沿领域追风的“玩家”。