阿爾伯塔大學(xué)為微型核反應(yīng)堆（SMR）開(kāi)發(fā)更加先進(jìn)的材料

2024年10月27日，南極熊獲悉，阿爾伯塔大學(xué)（University of Alberta)）的研究人員正在利用3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)并制造一種小型模塊化反應(yīng)堆（SMR）的材料，以提升其性能和耐用性。

△SMR是一種更為清潔的能源解決方案，它的重量在200至500噸之間，卻能提供高達(dá)300兆瓦的電力輸出，為偏遠(yuǎn)社區(qū)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的清潔能源

小型模塊化反應(yīng)堆的技術(shù)開(kāi)發(fā)背景

SMR的設(shè)計(jì)理念允許它們?cè)诠S內(nèi)完成大部分制造工作，然后通過(guò)運(yùn)輸?shù)侥康牡剡M(jìn)行組裝和安裝。這種模塊化和工廠制造的方式不僅降低了成本，還縮短了建設(shè)周期。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)指出，SMR在不適合建設(shè)大型核電站的農(nóng)村地區(qū)具有廣闊的應(yīng)用前景，符合加拿大和阿爾伯塔省推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型和在偏遠(yuǎn)社區(qū)部署小型反應(yīng)堆的戰(zhàn)略計(jì)劃。

這些先進(jìn)的核反應(yīng)堆具備被動(dòng)安全系統(tǒng)，大大減少了事故發(fā)生時(shí)放射性物質(zhì)對(duì)環(huán)境和公眾造成風(fēng)險(xiǎn)的可能性。美國(guó)、阿根廷、中國(guó)、俄羅斯、韓國(guó)和加拿大等國(guó)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)了80多種SMR設(shè)計(jì)，預(yù)計(jì)這些設(shè)計(jì)在未來(lái)六年內(nèi)將獲得監(jiān)管部門(mén)的批準(zhǔn)。

△3D打印燃料組件支架示意，它具有更加堅(jiān)固并且可承受極端環(huán)境

該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Mostafa Yakout教授獲得了加拿大自然資源部小型模塊化反應(yīng)堆支持計(jì)劃及合作伙伴在未來(lái)三年內(nèi)提供的250萬(wàn)美元（約合1780萬(wàn)人民幣）資助，用于開(kāi)發(fā)和測(cè)試用于加拿大制造的高溫高性能SMR的先進(jìn)材料。Yakout教授表示：“這是艾伯塔省能源未來(lái)的關(guān)鍵部分。核能是最清潔的能源之一，艾伯塔省有潛力引領(lǐng)加拿大乃至北美的SMR計(jì)劃。”

Yakout教授的團(tuán)隊(duì)由阿爾伯塔大學(xué)的同事James Hogan、Jing Liu和Arthur Mar組成，他們將與加拿大自然資源部CanmetMATERIALS、陸地能源、加拿大核實(shí)驗(yàn)室、ATS工業(yè)自動(dòng)化和阿爾伯塔創(chuàng)新技術(shù)公司等伙伴合作。大約十幾名博士生和博士后研究員也將參與項(xiàng)目，共同探索如何提高SMR內(nèi)部密封材料的耐腐蝕性和耐用性，同時(shí)降低成本和減少制造過(guò)程中的浪費(fèi)。

△通過(guò)3D打印，可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的設(shè)計(jì)和材料組合，從而提高反應(yīng)堆的效率和安全性

3D打印提升SMR耐高溫材料性能

研究團(tuán)隊(duì)將首先嘗試改進(jìn)一種名為Inconel 617的超合金，這種合金在極端高溫下具有良好的抗腐蝕性能。Yakout教授指出：“我們正在尋找防止材料降解的方法，以延長(zhǎng)反應(yīng)堆組件的使用壽命并縮短燃料更換間隔。耐高溫、耐腐蝕材料將在極端熱應(yīng)力條件下運(yùn)行，這將增加被動(dòng)安全功能，以防止反應(yīng)堆發(fā)生事故或泄漏?！?br />
利用3D打印技術(shù)，研究小組能夠整合設(shè)計(jì)材料和制造工藝，制造出非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。為了確保商業(yè)可行性，該團(tuán)隊(duì)還在探索國(guó)防、太空和航空航天等其他領(lǐng)域的應(yīng)用。

阿爾伯塔省政府將此類反應(yīng)堆視為“核能創(chuàng)新和技術(shù)的下一代發(fā)展方式”，能夠“為我們的社區(qū)提供安全可靠的零排放能源，同時(shí)滿足不斷增長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)和人口需求”。

這項(xiàng)研究不僅展示了3D打印技術(shù)在核能領(lǐng)域的巨大潛力，也體現(xiàn)了加拿大在這一前沿科技領(lǐng)域的積極參與和重要貢獻(xiàn)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和監(jiān)管框架的完善，SMR有望在全球范圍內(nèi)為清潔能源的生產(chǎn)和應(yīng)用提供新的解決方案。