阿爾伯塔大學(xué)為微型核反應(yīng)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(xué)（University of Alberta)）的研究人員正在利用3D打印技術(shù)設(shè)計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(yīng)堆的技術(shù)開發(fā)背景

SMR的設(shè)計理念允許它們在工廠內(nèi)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(shè)周期。國際原子能機構(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能源轉(zhuǎn)型和在偏遠社區(qū)部署小型反應(yīng)堆的戰(zhàn)略計劃。

這些先進的核反應(yīng)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(zhì)對環(huán)境和公眾造成風(fēng)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(shè)計，預(yù)計這些設(shè)計在未來六年內(nèi)將獲得監(jiān)管部門的批準(zhǔn)。

△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(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)堆支持計劃及合作伙伴在未來三年內(nèi)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(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計劃�！�

Yakout教授的團隊由阿爾伯塔大學(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、加拿大核實驗室、ATS工業(yè)自動化和阿爾伯塔創(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(fù)雜的設(shè)計和材料組合，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(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)力條件下運行，這將增加被動安全功能，以防止反應(yīng)堆發(fā)生事故或泄漏�！�

利用3D打印技術(shù)，研究小組能夠整合設(shè)計材料和制造工藝，制造出非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。為了確保商業(yè)可行性，該團隊還在探索國防、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(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。隨著技術(shù)的不斷進步和監(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。