阿爾伯塔大學為微型核反應堆（SMR）開發(fā)更加先進的材料

2024年10月27日，南極熊獲悉，阿爾伯塔大學（University of Alberta)）的研究人員正在利用3D打印技術設計并制造一種小型模塊化反應堆（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300兆瓦的電力輸出，為偏遠社區(qū)帶來經(jīng)濟實惠的清潔能源

小型模塊化反應堆的技術開發(fā)背景

SMR的設計理念允許它們在工廠內完成大部分制造工作，然后通過運輸?shù)侥康牡剡M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，還縮短了建設周期。國際原子能機構指出，SMR在不適合建設大型核電站的農村地區(qū)具有廣闊的應用前景，符合加拿大和阿爾伯塔省推動能源轉型和在偏遠社區(qū)部署小型反應堆的戰(zhàn)略計劃。

這些先進的核反應堆具備被動安全系統(tǒng)，大大減少了事故發(fā)生時放射性物質對環(huán)境和公眾造成風險的可能性。美國、阿根廷、中國、俄羅斯、韓國和加拿大等國家已經(jīng)開發(fā)了80多種SMR設計，預計這些設計在未來六年內將獲得監(jiān)管部門的批準。

△3D打印燃料組件支架示意，它具有更加堅固并且可承受極端環(huán)境

該項目負責人Mostafa Yakout教授獲得了加拿大自然資源部小型模塊化反應堆支持計劃及合作伙伴在未來三年內提供的250萬美元（約合1780萬人民幣）資助，用于開發(fā)和測試用于加拿大制造的高溫高性能SMR的先進材料。Yakout教授表示：“這是艾伯塔省能源未來的關鍵部分。核能是最清潔的能源之一，艾伯塔省有潛力引領加拿大乃至北美的SMR計劃?！?br />
Yakout教授的團隊由阿爾伯塔大學的同事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、加拿大核實驗室、ATS工業(yè)自動化和阿爾伯塔創(chuàng)新技術公司等伙伴合作。大約十幾名博士生和博士后研究員也將參與項目，共同探索如何提高SMR內部密封材料的耐腐蝕性和耐用性，同時降低成本和減少制造過程中的浪費。

△通過3D打印，可以實現(xiàn)更復雜的設計和材料組合，從而提高反應堆的效率和安全性

3D打印提升SMR耐高溫材料性能

研究團隊將首先嘗試改進一種名為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，以延長反應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力條件下運行，這將增加被動安全功能，以防止反應堆發(fā)生事故或泄漏?！?br />
利用3D打印技術，研究小組能夠整合設計材料和制造工藝，制造出非常復雜的結構。為了確保商業(yè)可行性，該團隊還在探索國防、太空和航空航天等其他領域的應用。

阿爾伯塔省政府將此類反應堆視為“核能創(chuàng)新和技術的下一代發(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，同時滿足不斷增長的經(jīng)濟和人口需求”。

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