2024年10月27日获悉，阿尔伯塔大学（University of Alberta)）的研究人员正在利用3D打印技术设计并制造一种小型模块化反应堆（SMR）的材料，以提升其性能和耐用性。
△SMR是一种更为清洁的能源解决方案，它的重量在200至500吨之间，却能提供高达300兆瓦的电力输出，为偏远社区带来经济实惠的清洁能源
小型模块化反应堆的技术开发背景
SMR的设计理念允许它们在工厂内完成大部分制造工作，然后通过运输到目的地进行组装和安装。这种模块化和工厂制造的方式不仅降低了成本，还缩短了建设周期。国际原子能机构指出，SMR在不适合建设大型核电站的农村地区具有广阔的应用前景，符合加拿大和阿尔伯塔省推动能源转型和在偏远社区部署小型反应堆的战略计划。
这些先进的核反应堆具备被动安全系统，大大减少了事故发生时放射性物质对环境和公众造成风险的可能性。美国、阿根廷、中国、俄罗斯、韩国和加拿大等国家已经开发了80多种SMR设计，预计这些设计在未来六年内将获得监管部门的批准。
△3D打印燃料组件支架示意，它具有更加坚固并且可承受极端环境
该项目负责人Mostafa Yakout教授获得了加拿大自然资源部小型模块化反应堆支持计划及合作伙伴在未来三年内提供的250万美元（约合1780万人民币）资助，用于开发和测试用于加拿大制造的高温高性能SMR的先进材料。Yakout教授表示：“这是艾伯塔省能源未来的关键部分。核能是最清洁的能源之一，艾伯塔省有潜力引领加拿大乃至北美的SMR计划。”
Yakout教授的团队由阿尔伯塔大学的同事James Hogan、Jing Liu和Arthur Mar组成，他们将与加拿大自然资源部CanmetMATERIALS、陆地能源、加拿大核实验室、ATS工业自动化和阿尔伯塔创新技术公司等伙伴合作。大约十几名博士生和博士后研究员也将参与项目，共同探索如何提高SMR内部密封材料的耐腐蚀性和耐用性，同时降低成本和减少制造过程中的浪费。
△通过3D打印，可以实现更复杂的设计和材料组合，从而提高反应堆的效率和安全性
3D打印提升SMR耐高温材料性能
研究团队将首先尝试改进一种名为Inconel 617的超合金，这种合金在极端高温下具有良好的抗腐蚀性能。Yakout教授指出：“我们正在寻找防止材料降解的方法，以延长反应堆组件的使用寿命并缩短燃料更换间隔。耐高温、耐腐蚀材料将在极端热应力条件下运行，这将增加被动安全功能，以防止反应堆发生事故或泄漏。”
利用3D打印技术，研究小组能够整合设计材料和制造工艺，制造出非常复杂的结构。为了确保商业可行性，该团队还在探索国防、太空和航空航天等其他领域的应用。
阿尔伯塔省政府将此类反应堆视为“核能创新和技术的下一代发展方式”，能够“为我们的社区提供安全可靠的零排放能源，同时满足不断增长的经济和人口需求”。
这项研究不仅展示了3D打印技术在核能领域的巨大潜力，也体现了加拿大在这一前沿科技领域的积极参与和重要贡献。随着技术的不断进步和监管框架的完善，SMR有望在全球范围内为清洁能源的生产和应用提供新的解决方案。
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