自然界中，极小曲面现象广泛存在，如泡泡薄膜、蝴蝶翅膀等，这些形状在特定边界内拥有最小表面积。爱达荷国家实验室(INL)的研究人员正探索一种基于三重周期极小曲面(TPMS)的核燃料设计——交织核燃料晶格(INFLUX)燃料，旨在通过模拟自然界复杂几何结构，显著提升核燃料性能。

INFLUX燃料摒弃了传统圆柱形燃料棒，采用TPMS形状，形成复杂晶格结构，有效增强热交换。研究员尼古拉斯·伍尔斯滕霍尔姆形象地描述TPMS为“三维空间中的正弦波”，其连续重复的曲面可创建交织晶格，提升传热效率。实验显示，这种几何形状将传热系数提高至标准棒状燃料的三倍，直接影响燃料棒功率密度及核反应堆经济性。

计算机模型进一步揭示，改善传热性能不仅提升燃料产热能力，还降低燃料厚度与温度。然而，INFLUX结构的复杂几何形状对制造技术提出挑战。INL研究人员结合商用增材制造与热等静压技术，成功在多种材料体系中制造出INFLUX结构。与传统燃料棒相比，INFLUX燃料设计使冷却剂在“光滑迷宫”中流动，实现更好混合与传热，同时避免水力阻力过度增加，提高核反应堆安全性与稳定性。此外，该设计还可能带来中子学优势，减少中子逃逸，增强中子与燃料相互作用。

尽管INFLUX燃料设计新颖，但需大量工作以获得反应堆开发商与监管机构认可。伍尔斯滕霍尔姆表示，需确定最合适反应堆类型，并优化水力阻力。微型反应堆与气冷反应堆或成良好候选者。同时，TPMS形状热交换器或以其他方式助力核能产业，如部署于产生蒸汽或冷却水的热交换结构中。最终，这项研究证实了TPMS形状核燃料设计有助于打造高效紧凑反应堆堆芯。