A2W原子炉

A2W 原子炉は、アメリカ海軍が軍艦の発電と推進力を提供するために使用する海軍用原子炉です。A2W の名称は次の意味を表します。

• A =航空母艦プラットフォーム
• 2 =請負業者が設計した第2世代コア
• W =ウェスティングハウスが契約設計者

この原子炉は、世界初の原子力航空母艦であるUSS エンタープライズ (CVN-65)で使用されました。エンタープライズの 4 つの推進装置はそれぞれ 2 つの原子炉を備えており、動力を供給する軸に応じて 1A-1B、2A-2B、3A-3B、4A-4B と番号が付けられていました。各推進装置は、33 ノット (60 km/h) を超える速度で船を推進するために必要な出力範囲のほとんどで、1 つの原子炉装置で動作できました。両方の原子炉がオンラインになり、同時に最大船速と航空機の発進能力が提供されます。

原子炉は、高濃縮ウラン 235を燃料とする加圧水型原子炉です。^[1]軽水は、中性子減速材と原子炉冷却材の両方として使用されます。ハフニウム制御棒は、原子炉の運転を制御するために使用されます。制御棒を計算された高さまで引き出すと、原子炉は臨界状態、つまり核分裂反応が自立レベルに達するポイントに到達できます。その後、（蒸気発生器からの）蒸気の流れが、以下に説明するように原子炉の出力を制御します。制御棒は、平均冷却材温度を調整するために「シム調整」されるか、原子炉容器の底まで下げて原子炉を停止します。これは、ゆっくりと制御された方法で行うか、緊急時に原子炉を即座に停止させる SCRAMと呼ばれる方法で急速に下げられます。

定常運転中の原子炉出力制御の多くは、冷却水の負の温度係数の結果です。原子炉の出力は、燃料で発生する核分裂イベントの瞬間速度によって決まります。水が熱くなると、膨張して密度が低くなり、体積あたりの中性子を減速させる分子の数が少なくなるため、熱核分裂を維持するために必要な熱エネルギーまで減速される中性子の数が少なくなります。逆に、冷却水の温度が下がると、密度が増加し、必要な熱エネルギーに達する中性子の数が増え、単位時間あたりの核分裂の数が増え、より多くの熱が発生します。これにより、「蒸気需要」によって原子炉出力を制御できるようになり、船の運用によって要求される電力の変化に対して原子炉オペレーターが介入する必要がほとんどなくなります。

原子炉から出た熱水は、大きなパイプを通って、蒸気発生器と呼ばれる熱交換器に送られます。そこで、加圧され過熱された原子炉冷却水の熱は、管壁を通して、別の供給システムから蒸気発生器に供給される水に伝達されます。原子炉冷却水が蒸気発生器で熱を放出すると、大きな電動ポンプ (原子炉 1 台につき 4 台) を介して原子炉に戻され、サイクルが繰り返されます。

飽和蒸気は各蒸気発生器から共通ヘッダーに送られ、そこから蒸気は主エンジン、発電機、航空機カタパルト システム、およびさまざまな補助装置に送られます。主推進タービンは 2 つあり、1 つは高圧タービン、もう 1 つは低圧タービンで、この 2 つの間には水分分離器があります。低圧主推進タービンは両端が開いており、蒸気は中央から入り、実際のタービン ホイールに入ると 2 つの流れに分かれ、膨張してエネルギーを放出するため、タービンは高速で回転します。主軸は減速ギアに入り、ここでタービン シャフトの高回転速度が船の推進に使用できる回転速度まで減速されます。主エンジンと他の補助装置からの使用済み蒸気は、凝縮器に入り、冷却されて液体の水になり、給水システムにリサイクルされます。