USNC、次世代核燃料設計のためにデスクトップメタル3Dプリンターを購入

2022年3月10日、Antarctic Bearは、Ultra Safe Nuclear Corporation（USNC）が核燃料棒の開発にDesktop Metalの最新Xシリーズバインダージェット3Dプリンター2台を採用したことを知りました。この機械はシリコンカーバイドなどの先進材料を印刷することができ、次世代の先進原子炉で使用するための革新的な燃料設計を促進する鍵となるでしょう。
USNC コア部門のエグゼクティブバイスプレジデントである Kurt Terrani 博士は、次のように述べています。「バインダージェッティングは、低コストで大量生産に適した信頼性の高いプロセスであり、複雑なバッチ生産に適しています。また、X シリーズマシンの高度な材料機能は、燃料設計に対する当社の革新的なアプローチの基礎となります。」
△USNCの全セラミックマイクロカプセル燃料イノベーション。画像はDesktop Metalより。
USNC における付加製造アプリケーション
USNCはマイクロリアクターと原子力発電技術の開発における世界的リーダーであり、今年初めから3Dプリント技術の活用にますます関心を示してきた。
1月にUSNCは、シリコンカーバイドやその他の耐火金属から原子炉部品を3Dプリントする新しい手法をORNLにライセンス供与したと発表した。この技術は、バインダージェット 3D プリントと化学蒸気浸透プロセスを組み合わせたもので、従来の方法よりも効率的に複雑な原子炉部品を製造できます。
先週、USNC は、3D プリントの使用を含む先進的な核燃料ソリューションの開発を強化するために、テネシー州オークリッジの ORNL 近くの 8.7 エーカーの敷地にパイロット燃料製造 (PFM) 事業所を設置することを明らかにしました。この施設は今夏に稼働する予定で、USNC と ORNL は今後も緊密に協力し、ORNL の付加製造技術を商業化し、先進的な核燃料サプライチェーンを確立していきます。
クリーンエネルギー生成の一形態である原子力は、化石燃料の燃焼に代わる手段としてますます注目を集めており、ORNLの教授であるキャシー・マッカーシー氏とシン・サン氏によると、3Dプリントされた原子力部品はすでにこの分野に影響を与えているという。
△USNCは、複雑な原子炉部品を製造するためにORNLの新しい付加製造方法のライセンスを取得しました。写真提供：Carlos Jones/ORNL。
デスクトップメタルXシリーズ製品の利点
2021年末、Desktop MetalはExOneを5億7,500万ドルで買収し、バインダージェッティングポートフォリオを拡大しました。買収の一環として、ExOne の一部のシステム、具体的には InnoventX、X25Pro、X160Pro が「X シリーズ」に改名されました。
X シリーズは、ExOne の特許取得済み Triple ACT 高度圧縮技術を搭載しており、バインダージェッティングプロセス中に粉末を分配、拡散、圧縮するために使用されます。これにより、さまざまな粉末を組み合わせることが可能になり、プリンターはシリコンカーバイドなどの金属やセラミックを加工して、機能的で精密な部品を作成することができます。
シリコンカーバイドは、環境安定性に優れた機能性セラミック材料であり、航空宇宙、装甲、プラズマシールド、高温用途でよく使用されます。
USNC は、完全セラミックマイクロカプセル化 (FCM) 燃料イノベーションの重要な要素である、核燃料粒子を安全に封じ込めることができる形状にシリコンカーバイド材料を変換する能力を向上させるために、2 つの X シリーズ印刷システムを採用しました。このアプローチは、信頼性と安全性で定評のある USNC のマイクロモジュラーリアクター (MMR) エネルギーシステムに燃料を供給するために使用されます。
「ウルトラセーフ・ニュークリア社は、核燃料と原子炉設計の技術の最前線に立っており、安全性と性能の新たな進歩を先導しています」とテラニ氏は述べた。「新世代のマイクロリアクターに電力を供給することは、米国および世界中でゼロカーボンエネルギー製造の画期的な瞬間を表しています。」
FCM システムと MMR システムの連携について、テラーニ氏は次のように付け加えた。「私たちは自己防衛型の原子炉設計を考案しました。本質的に安全であるため、コンクリートのドームや立ち入り禁止区域、大きな貯蔵庫は必要ありません。原子炉システムの中核には、高温に耐え、放射線放出に対する複数の固有の障壁を備えた燃料を使用しています。これが原子力に対する超安全なアプローチの真髄です。」
△DesktopMetal社のInnoventX 3Dプリンター。写真提供：DesktopMetal。
小型のInnoventXはすでにユタ州ソルトレイクシティのUSNC施設に設置されており、同社は大型のX25 ProおよびX160 Proシステムに次世代の核燃料アレイを拡張する作業を進めている。
「積層造形法にはさまざまな種類がありますが、その多くは堆積時に高温プロセスに依存しています」とテラーニ氏は言います。「金属粒子を溶かして結合しますが、融点の高い炭化物はこのアプローチには適していません。バインダージェッティングは、電源の物理的性質に大きく依存し、材料の化学的性質や相構造を基本的に乱さない方法でそれを実行するという点でユニークです。そのため、高純度、高結晶性の炭化物原料粉末、つまり原子力グレードの粉末を使用して、これまでは不可能だった非常に複雑な形状を形成できます。」
USNC は、2 つの新しい X シリーズシステムに加えて、今年後半にさらに 2 台のマシンを追加し、核燃料設計能力をさらに拡大する予定です。
「積層造形の大量導入を推進するには、最も革新的なアプリケーションを可能にする高性能材料を印刷できるスケーラブルなシステムが必要です」と、デスクトップメタルの共同創設者兼 CEO であるリックフロップ氏は述べています。「バインダージェッティング技術を USNC の生産に導入し、積層造形ソリューションで地球規模の問題を解決する役割を果たすことを誇りに思います。」

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