米国の原子力発電所、原子炉に3Dプリント部品を使用

はじめに: 原子力産業における 3D プリント部品の応用は継続的に研究され、応用されています。そして今、このアプリケーションは徐々に設計から現実へと移行しつつあります。
アンタークティック・ベアは、2020年10月には、米国の原子力発電所の寿命を延ばし、新しい原子力技術の開発を加速するために、テネシー川流域開発公社（TVA）のフランスの燃料供給業者であるフラマトム社が、アラバマ州アセンズにあるTVAのブラウンズフェリー原子力発電所2号機に4つの3Dプリントブラケットの製造をオークリッジ国立研究所（ORNL）に委託し、2021年春に設置し、原子炉部品に3Dプリントを使用しようとしていることを知りました。チャネルファスナーはシンプルですが非対称なデザインであるため、3D プリントの導入に最適であると考えられました。その後、これらのコンポーネントは、ORNL が TVA、Framatome、および米国エネルギー省原子力局が資金提供している変換チャレンジ炉 (TCR) プログラムと共同で設計しました。
△ORNL は、新しい積層造形技術を使用して、沸騰水型原子炉燃料集合体用のチャネルファスナーを 3D プリントします。 TVAブラウンズフェリー原子力発電所に4つのモジュールが設置されました。
部品は 316 ステンレス鋼で作られており、GE Additive/Concept Laser M2 Cusing システムでレーザー粉末ベッドフュージョンを使用して 3D プリントされました。 Antarctic Bear Global 3D Printing Product Library https://product.nanjixiong.com/ にこの 3D プリンターが掲載されていますので、ぜひご相談ください。印刷プロセス中に、チームは各層の 3D データをキャプチャしてコンポーネントを検証しました。 2021年春に3Dプリントファスナーの設置に成功し、原子力発電所は2021年4月22日に再稼働したと報じられている。 3Dプリントされた部品は現在、通常の運転条件下に置かれ、継続的な検査を受けており、今後6年間は原子炉に残される予定だ。
△コンセプトレーザーM2キューシング
ORNLのTCRプログラムディレクター、ベン・ベッツラー氏は、原子炉に3Dプリント部品を使用することは重要なマイルストーンであり、高度に規制された環境でも品質の高い部品を提供できることを実証していると述べた。このプログラムは、基礎科学と応用科学技術を橋渡しして実用的なソリューションを提供し、高度な製造によって原子炉の技術とコンポーネントをどのように変革できるかを実証します。「TVAおよびORNLと協力することで、革新的な技術を導入し、原子力産業に利益をもたらす新興の3Dプリント市場を探索することができます」と、フラマトムの北米燃料研究開発マネージャー、ジョン・ストランペル氏は語った。このプロジェクトは、クリーンエネルギーの創出に役立つさまざまな 3D プリント部品の設計と製造の基盤を築きます。
原子力産業における 3D プリントの応用<br /> このプロジェクトは、原子炉内部への 3D プリントの初期の応用と考えられるが、原子炉部品を 3D プリントする他の技術も開発されているため、これが唯一の例ではない。 2020年5月、原子燃料会社ウェスティングハウス・エレクトリックは、エクセロン・バイロン1原子力発電所に3Dプリント部品であるピン差し込み装置を設置した。これは、商用原子炉に3Dプリント部品が使用される世界初の事例となった。同年9月、パデュー大学は3Dプリント原子炉コアの開発を加速するために米国エネルギー省（DoE）から80万ドルの助成金を受けた。 11月、大手核燃料部品サプライヤーのBWXテクノロジーズ（BWXT）とオークリッジ国立研究所は、原子炉部品の製造に特化した新たな付加製造技術の開発が進んでいることを発表しました。また、2021 年 5 月には、QuesTekInnovations は米国エネルギー省から中小企業技術革新研究 (SBIR) フェーズ II 資金として 110 万ドルを受け取りました。これは、次世代の溶融塩炉向けの新しい材料ソリューションとプロセスを設計、開発、検証するために使用され、表面として耐火合金（モリブデンなど）を使用したバイメタル構造に重点を置き、コスト効率の高いコールドスプレープロセスを利用して原子炉の耐食性と高温安定性を向上させます。
△エクセロン・バイロン1原子力発電所の3Dプリントエジェクタープラグ装置

参考：1. 原子炉に初めて3Dプリント部品を設置
2. ORNLの3Dプリント部品がTVA原子炉に設置される
3. 3Dプリントは原子力分野に参入し、3Dプリントされた部品が原子炉で使用されている
4. パデュー大学は、人工知能を使って3Dプリント原子炉の開発を進めるため、米国エネルギー省から80万ドルを受け取る
5. 原子炉部品の3Dプリント技術が進歩し、炉心出口温度は1482℃に達した。
6. QUESTEK、原子炉用の新しい3Dプリント合金の設計に110万ドルの資金提供を受ける
7. ORNLが3Dプリント原子炉部品を開発・導入

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