国際初！北欧の原子力発電所の核燃料デブリフィルターは3Dプリントで作られている

2022年6月17日、アンタークティックベアは、3Dプリントされた燃料集合体一式がスカンジナビアの原子力発電所に正常に設置されたことを知りました。これは国際的な前例となります。
StrongHold AM フィルターと名付けられたこれらの核燃料デブリフィルターは、エネルギー部門の技術サプライヤーであるスウェーデンのウェスティングハウスエレクトリックカンパニーによって 3D プリントされました。これらは最終適用が承認された初めてのもので、フィンランドのオルキルオト原子力発電所2号機とスウェーデンのオスカルスハムン原子力発電所3号機に設置されている。
ウェスティングハウス社が製造を行っていますが、金属製の StrongHold AM フィルターは、実際にはこれらのプラントの運営者であるフィンランドの Teollisuuden Voima Oyj (TVO) 社とスウェーデンの OKG 社との緊密な協力のもとに設計されました。
「原子力発電所に挿入するための初の3Dプリント燃料デブリフィルターであるStrongHold AMは、先進的な製造技術を使用して沸騰水型原子炉（BWR）燃料の信頼性をさらに向上させるという当社の取り組みにおいて重要なマイルストーンとなります」と、ウェスティングハウス燃料供給欧州・中東・アフリカ担当副社長のカリーナ・オネビー氏は述べた。
△ StrongHoldAM 3D プリントされた核燃料デブリフィルター。写真提供：ウェスティングハウス。
燃料デブリフィルターとは何ですか？
原子力発電所は、中性子が原子に衝突して原子をより小さな原子に分割し、エネルギーを放出する核分裂の原理に基づいて動作します。このエネルギーは水を加熱して蒸気を発生させ、タービンを回して電気を生成するために使用されます。核分裂性物質は燃料棒に保管されており、その完全性はプロセスの成功と安全性の両方にとって重要です。
原子力発電所におけるリスクの一つは、原子炉内に異物が侵入することによる燃料破損である。燃料デブリフィルターは、デブリを捕獲し、燃料集合体の被覆管を損傷しないように特別に設計されているため、原子力発電における重要な安全対策の 1 つです。これらがなければ、発電所では計画外の停止がより頻繁に発生し、コストが増大することになります。
オスカーソン3の工場長、アンドレアス・ルース氏は次のように説明した。「燃料が腐敗すると、一時的に操業を停止せざるを得なくなり、供給の安全性に影響を及ぼし、不必要なコストが発生します。燃料腐敗のリスクを減らすことは、当社の事業にとって非常に有益です。」
△オルキルオト２号機原子炉容器内のフィルター。写真提供：TVO。
3Dプリントによるパフォーマンスの向上
3Dプリントされたデブリフィルターは、実際には一体型燃料アセンブリの一部として設計されており、2つの発電所での最近の燃料補給停止中に設置されました。プロジェクトのパートナーによれば、印刷された部品には、従来のプロセスでは製造が難しい複雑な構造が含まれているという。
これらのフィルターは製造コスト効率に優れているだけでなく、従来のフィルターよりも燃料集合体に対する保護性能も優れています。
TVO の燃料調達グループ責任者であるアルトゥ・クヌーティラ氏は次のように語っています。「当社は、世界的に見ても、3D プリントのような新技術を原子力発電所に適用する先駆的な役割を果たせることを誇りに思っています。今後、ますます重要な運用ソリューションとなる 3D プリント金属製品の使用に関する重要な実践的な経験を積むことができます。ウェスティングハウスのように、付加製造を導入して機能強化を推進する強力なパートナーネットワークを持つことは非常に重要です。」
付加製造技術の応用は、原子力分野における新たな大胆な試みです。今年初め、Ultra Safe Nuclear Corporation (USNC) は、炭化ケイ素などの耐火材料から原子炉の部品を 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。オークリッジ国立研究所で開発されたこの方法は、バインダージェッティングを使用して原子炉部品の製造をより効率的にします。
△燃料集合体ブラケットは、原子力発電所に挿入される最初の3Dプリントされた安全関連部品です。画像提供：Fred List/ORNL、米国エネルギー省。 △ORNL が Framatome の沸騰水型原子炉燃料集合体用に 3D プリントしたチャネルファスナー。写真提供：Framatome。
USNC はその後、進行中のプロジェクトを促進するために、DesktopMetal の最近更新された X シリーズバインダージェッティングシステムから 2 台の新しい 3D プリンターを購入しました。これらの機械は、新世代の先進的原子炉で使用するための革新的な燃料設計を 3D プリントするために使用されます。

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