原子力安全研究所 3DプリントされたCLAM鋼材核融合炉主要部品サンプル

原子力安全研究所 3DプリントされたCLAM鋼材核融合炉主要部品サンプル
科技日報によると、中国科学院合肥物理科学研究所核安全研究所は、中国の耐中性子鋼(いわゆる「CLAM鋼」)を原料とし、3Dプリント技術を用いて核融合炉の重要部品である被覆管の第一壁サンプルの試作を実現し、その組織と性能について研究・分析を行った。関連結果は最近、国際核材料誌「核物理ジャーナル」に掲載された。


3Dプリント技術は、複雑な構造の一体成形を実現でき、製造サイクルが短く、材料利用率が高いという特徴があり、複雑な部品を製造するための重要な方法です。研究者らは、CLAM鋼を原料として、3Dプリント技術による核融合炉被覆管部品の試作を行い、核融合炉などの先進的原子力システムの部品製造におけるこの技術の実現可能性を探り、先進的原子力システムの複雑な部品の迅速な開発と性能最適化を促進し、その工学的応用を推進しました。

研究者らは、多数の実験を経て、核融合炉ブランケットの第一壁用の中性子耐性鋼サンプルの3Dプリントを初めて実現した。結果は、サンプルの寸法精度が設計要件を満たし、材料の密度が 99.7% に達し、従来の方法で製造された CLAM 鋼の強度に匹敵することを示しています。同時に、この研究では、3D プリントの層ごとの溶融と方向性凝固特性により、CLAM 鋼の微細構造と特性が方向によって異なることも判明しました。この違いは、将来、スキャン スキームの最適化と溶融プールの核形成の最適化によって効果的に低減、または排除することができます。

上記の研究は、3Dプリント技術が核融合炉などの先進的な原子力システムの複雑な部品の製造に優れた応用見通しを持っていることを示し、また、我が国の先進的な原子力システム部品の3Dプリントにおける強力な研究開発能力を反映しています。


CLAM 鋼は、China Low Activation Martensitic 鋼の略で、低活性フェライト/マルテンサイト鋼 (RAFM) の一種です。中国科学院FDSチームが国家自然科学基金、中国科学院知識革新プロジェクト、973プログラムなどのプロジェクトの支援を受け、国内外の多くの研究機関や大学と共同で設計・開発した、組成と性能が最適化されたRAFM鋼は、中国で独自の知的財産権を有しています。

低放射化フェライト/マルテンサイト鋼(RAFM)は、放射線膨張係数が低く、熱膨張係数が高く、熱伝導率が高いなど、優れた熱物理的および機械的特性を備えており、技術的基盤も比較的成熟しているため、将来の核融合実証炉や核融合発電炉の構造材料として好まれると一般的に考えられています。現在、世界各国では、日本のF82HやJLF21、欧州のEUROFER97、米国の9Cr-2WVTaなど、独自のRAFM鋼の開発・研究が行われています。国際的な核融合炉研究情勢の発展に遅れずについていき、建設予定の国際熱核融合実験炉(ITER)の実験用ブランケットモジュール(TBM)や将来の電力実証炉の開発ニーズに適応するため、中国科学院プラズマ物理研究所のFDS(核融合設計研究)チームは2001年以来、中国国家自然科学基金、中国科学院知識創新プロジェクト、973プログラムなどのプロジェクトの支援を受けて、北京科技大学、中国原子能研究所、中国科学院金属研究所、日本国立核融合科学研究所、西安交通大学など国内外の多くの研究機関や大学と協力し、中国の低活性マルテンサイト鋼であるCLAM鋼の設計研究を行い、中国が独自の知的財産権を持ち、組成と性能が最適化されたRAFM鋼を開発してきました。近年、クラム鋼の研究は大きく進歩し、現在ではトン単位の製錬レベルにまで発展しました。

出典:科技日報
原子力エネルギー、エネルギー安全、安全、研究所全体、3D プリント

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