첨단 원자로를 위한 적층 가공의 가능성을 수용하다

[힘힘]

첨단 원자로를 위한 적층 가공의 가능성을 수용하다

루시 애쉬튼

ORNL(Oak Ridge National Laboratory)이 Framatome 및 Tennessee Valley Authority와 협력하여 제조한 이 연료 조립 브래킷은 원자력 발전소에 삽입되는 최초의 3D 프린팅 안전 관련 구성 요소입니다. (사진: F. List/ORNL, 미국 에너지부)

원자로 노심(또는 핵연료 알갱이)을 3D로 인쇄한다고 상상해 보세요. 3D 프린팅이 원자로의 극한 환경을 견딜 수 있을 만큼 견고한 재료를 만들 수 있다는 것이 터무니없이 들릴 수도 있지만, 많은 전문가들은 이것이 첨단 원자로의 배치를 가속화하고 기후 변화 대응에 대한 원자력의 기여를 극대화하는 데 필요하다고 믿습니다.

 미래에 원자력 산업은 항공 및 자동차 산업이 이미 하고 있는 것처럼 3D 프린팅 및 기타 첨단 제조 기술을 광범위하게 사용할 수 있습니다. 아니다 두타 레이(Aninda Dutta Ray) IAEA 원자력 엔지니어

일부 산업에서 이미 사용되고 있는 3D 프린팅은 적층 제조의 한 형태이며, 재료를 층별로 쌓아 사물을 인쇄하는 프로세스를 포함합니다. 이는 잉여 재료를 잘라내거나 태워 없애는 절삭 가공과 대조됩니다. 3D 프린팅은 디지털 도면에서 직접 작동하며 컴퓨터로 제어되어 이전에는 만들기 어렵거나 불가능했던 복잡한 모양을 만들어냅니다. 이 제조 방법은 더 빠르고, 폐기물을 덜 발생시키며, 오류 가능성을 줄이고 설계자가 물체의 무게를 줄일 수 있도록 해줍니다. 이 모든 특성은 제조 비용을 크게 줄일 수 있습니다.

IAEA에서 첨단 제조 분야에 종사하고 있는 원자력 엔지니어인 Aninda Dutta Ray는 “미래에는 항공 산업과 자동차 산업이 이미 하고 있는 것처럼 원자력 산업도 3D 프린팅과 기타 첨단 제조 기술을 광범위하게 사용할 수 있을 것입니다.”라고 말했습니다. “잠재력은 확실히 있어요. 기존 원자력 설계 규정 및 표준에 대한 집중적인 연구와 검토를 통해 첫 번째 단계가 잘 진행되고 있으며, 일부 규제 기관에서는 라이센스 취득자를 위한 지침 초안 작성을 시작하기도 했습니다.”

3D 프린트 소개 및 테스트

대부분의 새로운 제조 공정과 마찬가지로 첫 번째 단계는 작고 느리며 신중합니다. 원자력 산업에서는 2017년 슬로베니아 원자로에 설치된 3D 프린팅 펌프 임펠러와 같은 몇 가지 최초 사용 사례를 보았습니다. 팬 또는 터빈과 유사한 구성 요소는 펌프를 통해 물을 구동합니다. 구성 요소의 원본 도면을 사용할 수 없었기 때문에 3D로 인쇄했습니다.

미국의 ORNL(Oak Ridge National Laboratory)은 원자력 분야 및 기타 산업을 위한 3D 프린팅 기술을 개발하고 있습니다. 최초의 테스트에서 ORNL은 채널 패스너라고 불리는 브래킷을 인쇄했습니다. 이 부품은 2021년에 원자력 발전용 원자로에 설치되었으며 2027년까지 그곳에 남아 있다가 원자로 조건에서 성능을 평가하기 위해 추출 및 검사를 받을 예정입니다. 프랑스 다국적 기업인 Framatome은 2022년 스웨덴 Forsmark 원자력 발전소에 최초의 3D 프린팅된 스테인리스 스틸 연료 부품을 설치했습니다. 또한 러시아 연방은 최근 최대 직경 2.2m의 물체를 프린팅할 수 있는 3D 프린터를 구축했습니다. 높이는 1m이며, 한국에서는 제어 밸브 부품과 같은 품목을 제조하는 데 3D 프린팅이 사용되고 있습니다.

3D 프린팅은 원자력 산업을 염두에 두고 개발된 것이 아니기 때문에 제조 기술은 업계의 요구에 맞게 조정되고 있습니다. 산업 표준 조직이 다른 산업 분야의 3D 프린팅 표준을 만들고 있는 반면, 원자력 관련 표준은 아직 개발 중입니다.

Dutta Ray에 따르면 최고의 테스트 방법을 찾아 전 세계적으로 표준화하고 규제 기관의 승인을 받는 것은 제조 기술 자체의 실제 혁신과 완벽함보다 훨씬 더 어려운 일입니다. 유럽에서는 유럽 6개국 13개 조직이 함께 참여하는 NUCOBAM(NUclear COMComponents Based on Additive Manufacturing) 프로젝트에서 원자력 발전소에 3D 프린팅을 사용할 수 있는 자격 및 평가 프로세스를 개발하기 위한 연구를 진행하고 있습니다. .

EPRI(전력 연구소)는 또한 미국 에너지부 및 제조업체와 협력하여 3D 프린팅과 같은 신기술의 규제 수용을 간소화하기 위한 연구를 수행하고 있습니다. 해당 연구는 고급 제조 기술의 적용 가능성을 조사하고, 코드 및 표준을 개발하고, 환경 저하에 대한 재료 성능에 대한 독립적인 테스트 결과를 통해 규제 검토를 지원하는 데 중점을 두고 있습니다. EPRI의 첨단 제조 프로젝트 수석 팀장인 Marc Albert는 “에너지 산업이 첨단 원자로와 같은 첨단 에너지 시스템으로 계속 전환함에 따라 대체 공급망과 가속화된 배치에 대한 수요가 눈에 띄게 증가하고 있습니다.”라고 말했습니다. "적층 제조 및 기타 고급 제조 방법은 청정 기술의 배포를 가속화하는 원동력입니다."

IAEA의 역할

IAEA의 역할 중 하나는 국제 협력과 지식 공유를 촉진하는 것입니다. 2023년 4월, IAEA는 원자력 발전소 운영을 지원하기 위한 혁신에 관한 국제 네트워크(ISOP)를 출범시켰습니다. ISOP는 포괄적인 네트워크이며 국가들이 3D 프린팅과 같은 첨단 제조 기술을 포함한 다양한 혁신 주제에 대해 협력할 수 있는 플랫폼 역할을 합니다.

2022년 6월 IAEA는 안전하고 안전한 첨단 원자로와 소형 모듈형 원자로의 배치를 촉진하는 데 초점을 맞춘 NHSI(Nuclear Harmonization and Standardization Initiative)를 시작했습니다. NHSI는 규제 접근 방식을 조화시키고 SMR용 적층 제조에 적용할 수 있는 핵 코드 및 표준에 대한 일반적인 접근 방식을 포함하여 보다 표준화된 산업 접근 방식을 개발하는 것을 목표로 합니다.

원자력 발전소 운영 및 엔지니어링 지원 팀 리더인 Ed Bradley는 "협력적 혁신은 차세대 원자력 기술을 실험실에서 최대한 빨리 안전하게 세상으로 내보내 순 제로 목표를 달성하는 데 핵심입니다."라고 말했습니다. IAEA에서. “결과, 기술 및 지식을 공유하면 모든 원자력 국가가 동일한 테스트를 완료하거나 동일한 난제를 극복하기 위해 비용을 지출할 필요가 없으므로 시간과 자원이 절약됩니다. 그것이 우리가 성공할 수 있는 방법이다.”