ノースダコタ大学（UND）：原子炉部品の積層造形研究に25万ドル

2023年2月、アンタークティック・ベアは、ノースダコタ大学（UND）の機械工学助教授であるソウガタ・ロイ氏が、原子炉で使用される部品の新しい製造方法を研究するために25万ドルの連邦助成金を受け取ったことを知りました。この研究は、原子炉部品を製造するために積層造形プロセスを使用することに焦点を当てます。

△機械工学科助教授ソウガタ・ロイ氏（中央）と研究チーム

この研究では、窒素強化オーステナイト鋼を製造材料として使用し、付加製造技術を使用して部品を製造します。製造された部品は、従来の方法で製造された部品と比較され、それぞれの利点を比較します。ソウガタ・ロイ氏は、国立科学財団の資金提供を受けたこのプロジェクトの主任研究員です。

「さまざまな研究グループが、これまでは部品の機械的特性や微細構造を調整できないまま、鋳造や鍛造で錬鉄から作られていた部品を、積層造形法で作ろうとしています。積層造形法はこの問題を解決できます」とソウガタ・ロイ氏は語った。

ノースダコタ大学工学鉱山学部の学部長ブライアン・タンデ氏は、同学部は最近、材料科学と先進製造分野の研究を拡大するために投資を行ったと語った。「この研究は金属付加製造の進歩を促進し、エネルギーと国家安全保障の研究活動に貢献する可能性を秘めている」と彼は語った。

以前、ソウガタ・ロイ氏は、海軍艦艇に使用される大型部品の積層造形の可能性を研究するために米国国防総省から資金提供を受けていました。彼は現在、NASA が資金提供している他の 2 つの付加製造プロジェクトを主導しています。
このプロジェクトの部品製造と初期の材料特性評価は UND で行われ、テネシー州オークリッジ国立研究所のスパレーション中性子源で中性子回折を使用してさらなる分析が行われます。ソウガタ・ロイ氏とノースダコタ大学の研究グループの博士課程の学生は、2024年と2025年の夏をORNLで過ごす予定です。

製造プロセス中、コンポーネントのテストでは、コンポーネントの高温摩擦特性に重点が置かれます。トライボロジーは摩擦、摩耗、潤滑に関する科学です。ソウガタ・ロイ氏は、これは表面工学と切り離せない分野だと言います。このプロジェクトでは、Sougata Roy 氏が豊富な研究経験を持つ分野である、付加製造、表面工学、トライボロジーの関係を探ります。ソウガタ・ロイ氏は、「私は過去 13 年間、これら 3 つの分野で研究を続けてきましたが、今回、この NSF の賞を通じて、1 つのプロジェクトで私の学際的な経験を活かす機会を得ました」と述べています。

原子力分野における3Dプリントの応用●2022年9月、原子力エネルギーサービスおよび部品サプライヤーのFramatomeは、スウェーデンのフォルスマルク原子力発電所に初の3Dプリントステンレス鋼燃料アセンブリを設置しました。彼らが製作したタイプレートグリッドは、アトリウム11燃料集合体の上部に位置し、燃料棒を固定し、大きな破片が上部から燃料集合体に入るのを防ぐために使用される非構造的な荷重支持部品です。プルアッププレートグリッドは簡単に検査でき、必要に応じてこの新しい製造プロセスが原子炉内での使用に適しているかどうかを検証するために使用できます。従来の製造プロセスでは、プルアッププレートグリッドはスタンプされたコームプレートを使用してレーザー溶接されるため、追加の製造手順とオペレーターの監視が必要になります。付加製造により製造プロセスが簡素化され、設計オプションが増えるため、機能性が強化され、パフォーマンスが向上します。

△プルボードグリッド

●原子力は代替エネルギー源の一つです。核分裂エネルギーのより広範な応用を促進するためには、原子力技術の大幅な進歩が緊急に必要です。 2022年8月、テネシー州オークリッジのUltraSafe Nuclear社は、マイクロモジュラーリアクター（MMR）エネルギーシステム用の燃料を製造するためのテープカット式典を開催しました。デスクトップメタルのバインダージェット3Dプリントは、同社の核燃料の鍵となる技術です。 UltraSafe Nuclear 社は、オークリッジ国立研究所からライセンスを受けた技術を使用して、TRi 構造等方性 (TRISO) コーティングでコーティングされた燃料粒子で構成される、耐放射線性、耐熱性の核燃料用シリコンカーバイドケーシングを3D プリントしています。この完全セラミックマイクロカプセル (FCM) 燃料は、ヘリウム冷却と組み合わせることで、原子力エネルギーの安全な使用を最大限にするように設計されています。

Ultrasafe Nuclear Power は、原子炉設計用の高耐性コンポーネントを 3D プリントする新しい方法のライセンスを取得しました。

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