自然界中，極小曲面現象廣泛存在，如泡泡薄膜、蝴蝶翅膀等，這些形狀在特定邊界內擁有最小表面積。愛達荷國家實驗室(INL)的研究人員正探索一種基于三重周期極小曲面(TPMS)的核燃料設計——交織核燃料晶格(INFLUX)燃料，旨在通過模擬自然界復雜幾何結構，顯著提升核燃料性能。

INFLUX燃料摒棄了傳統圓柱形燃料棒，采用TPMS形狀，形成復雜晶格結構，有效增強熱交換。研究員尼古拉斯·伍爾斯滕霍爾姆形象地描述TPMS為“三維空間中的正弦波”，其連續重復的曲面可創建交織晶格，提升傳熱效率。實驗顯示，這種幾何形狀將傳熱系數提高至標準棒狀燃料的三倍，直接影響燃料棒功率密度及核反應堆經濟性。

計算機模型進一步揭示，改善傳熱性能不僅提升燃料產熱能力，還降低燃料厚度與溫度。然而，INFLUX結構的復雜幾何形狀對制造技術提出挑戰。INL研究人員結合商用增材制造與熱等靜壓技術，成功在多種材料體系中制造出INFLUX結構。與傳統燃料棒相比，INFLUX燃料設計使冷卻劑在“光滑迷宮”中流動，實現更好混合與傳熱，同時避免水力阻力過度增加，提高核反應堆安全性與穩定性。此外，該設計還可能帶來中子學優勢，減少中子逃逸，增強中子與燃料相互作用。

盡管INFLUX燃料設計新穎，但需大量工作以獲得反應堆開發商與監管機構認可。伍爾斯滕霍爾姆表示，需確定最合適反應堆類型，并優化水力阻力。微型反應堆與氣冷反應堆或成良好候選者。同時，TPMS形狀熱交換器或以其他方式助力核能產業，如部署于產生蒸汽或冷卻水的熱交換結構中。最終，這項研究證實了TPMS形狀核燃料設計有助于打造高效緊湊反應堆堆芯。