アルバータ大学が小型原子炉（SMR）向けのより先進的な材料を開発

2024年10月27日、アンタークティックベアは、アルバータ大学の研究者が3Dプリント技術を使用して小型モジュール炉（SMR）の性能と耐久性を向上させる材料を設計・製造していることを知りました。

△SMRはよりクリーンなエネルギーソリューションです。重量は200～500トンですが、最大300メガワットの電力を出力でき、遠隔地のコミュニティに手頃な価格のクリーンエネルギーをもたらします。
小型モジュール炉の技術開発の背景

SMR の設計コンセプトにより、製造作業の大部分を工場で完了し、その後目的地まで輸送して組み立て、設置することが可能になります。このモジュール式で工場で製造されるアプローチは、コストを削減するだけでなく、建設期間も短縮します。 IAEAは、SMRは大型原子力発電所の建設に適さない農村地域でも幅広く応用できる可能性があり、エネルギー転換を促進し、遠隔地のコミュニティに小型原子炉を配備するというカナダとアルバータ州の戦略計画と一致していると指摘した。

これらの先進的な原子炉には受動的安全システムが装備されており、事故の際に放射性物質が環境や公衆に危険をもたらす可能性を大幅に低減します。米国、アルゼンチン、中国、ロシア、韓国、カナダなどの国々で80以上のSMR設計が開発されており、今後6年以内に規制当局の承認を受けると予想されている。

△3Dプリントされた燃料集合体ブラケットの模式図。より頑丈で、過酷な環境にも耐えられる。プロジェクトリーダーのモスタファ・ヤクート教授は、カナダ天然資源省の小型モジュール炉支援プログラムとパートナーから今後3年間で250万ドル（約1,780万人民元）の助成金を受け、カナダ製の高温高性能SMR向け先進材料の開発と試験を行う。「これはアルバータ州のエネルギーの将来にとって極めて重要な部分です」とヤクート教授は語った。「原子力は最もクリーンなエネルギー源の一つであり、アルバータ州はカナダと北米におけるSMR計画をリードする可能性を秘めています。」

アルバータ大学の同僚であるジェームズ・ホーガン、ジン・リウ、アーサー・マーを含むヤクート教授のチームは、カナダ天然資源省CanmetMATERIALS、Terrestrial Energy、カナダ原子力研究所、ATS Industrial Automation、Alberta Innovatesなどのパートナーと協力します。このプロジェクトには、約12名の博士課程の学生とポスドク研究者も参加し、製造工程におけるコストと廃棄物を削減しながら、SMRの内部シール材の耐腐食性と耐久性を向上させる方法を共同で研究します。

△3Dプリントにより、より複雑な設計と材料の組み合わせが可能になり、原子炉の効率と安全性が向上します。
3DプリントによりSMR耐熱材料の性能が向上

研究チームはまず、極めて高温でも優れた耐腐食性を持つインコネル617という超合金の改良を試みる。「私たちは、原子炉部品の寿命を延ばし、燃料交換間隔を短縮するために、材料の劣化を防ぐ方法を模索しています」とヤクート教授は語った。「高温、耐腐食性の材料は、極度の熱ストレス条件下で動作し、原子炉での事故や漏れを防ぐ受動的な安全機能を追加します。」

研究チームは、3D プリント技術を使用して、設計された材料と製造プロセスを統合し、非常に複雑な構造を生み出すことができました。商業的実現可能性を確保するため、チームは防衛、宇宙、航空宇宙などの他の分野での応用も模索しています。

アルバータ州政府は、こうした原子炉を「安全で信頼性が高く、排出ゼロのエネルギーを地域社会に提供し、同時に成長する経済と人口のニーズを満たす」ことができる「次世代の原子力イノベーションと技術」とみなしている。

この研究は、原子力分野における3Dプリント技術の大きな可能性を実証するだけでなく、この最先端の科学技術分野におけるカナダの積極的な参加と重要な貢献を反映しています。技術の継続的な進歩と規制枠組みの改善により、SMR は世界規模でのクリーンエネルギーの生産と応用のための新たなソリューションを提供することが期待されています。

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