封じ込め建物

加圧水型原子炉の場合、格納容器は蒸気発生器と加圧器も囲んでおり、原子炉建屋全体を指します。その周囲のミサイルシールドは、通常、背の高い円筒形またはドーム型の建屋です。PWRの格納容器は、通常、大型（BWRの最大7倍）です。これは、漏洩設計基準事故時の格納容器戦略において、冷却材喪失事故によって発生する蒸気と空気の混合物が膨張するための十分な容積を確保し、格納容器建屋内で到達する最終圧力（漏洩の駆動力）を制限する必要があるためです。

シーメンス、ウェスティングハウス、コンバッション・エンジニアリングなどの初期の設計では、鉄筋コンクリート製の缶のような形状が主流でした。コンクリートは引張強度に比べて圧縮強度が非常に優れているため、格納容器の上部が非常に重いため、格納容器内の圧力が急激に上昇した場合でも、大きな下向きの力が加わり、引張応力の一部を防ぐことができるという点で、この形状は建材として理にかなっています。原子炉の設計が進化するにつれて、加圧水型原子炉（PWR）用のほぼ球形の格納容器も数多く建設されてきました。使用する材料にもよりますが、球形は大きな圧力を単純に封じ込めるのに最適な構造であるため、これが最も理にかなった設計と言えるでしょう。現在のPWRの設計のほとんどは、円筒形の下部と半球形の上部という、この2つの形状を組み合わせたものです。

現代の設計では、鋼製格納容器構造の使用が主流になりつつあります。場合によっては、コンクリートの内側を鋼で覆うことで、格納容器が高圧になった場合に備えて、両方の材料から強度を得ています。しかし、より新しい設計では、鋼とコンクリートの両方の格納容器を採用しています。これは、現在のドイツの加圧水型原子炉（PWR）設計で数十年にわたって使用されてきたもので、特にAP1000と欧州加圧水型原子炉（EPR）計画では両方を使用する予定です。これにより、外側のコンクリートによるミサイル防御と、内側の鋼構造による加圧能力が得られます。AP1000では、鋼構造を囲むコンクリート構造の底部に通気口を設ける計画です。これは、重大な事故が発生した場合に、鋼構造に空気を流して格納容器を冷却するのに役立つという考えに基づいています（冷却塔の仕組みと同様）。

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  スリーマイル島原子力発電所は、バブコック・アンド・ウィルコックス社による初期の加圧水型原子炉（PWR）設計であり、その世代のすべてのPWRに共通する「缶型」格納容器設計を採用している。
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  フランスのブレニリス原子力発電所の「缶型」格納容器のより詳細な画像
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  ミシガン州クック原子力発電所の2基の加圧水型原子炉格納容器
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  ドイツのグラーフェンラインフェルト原子力発電所は、ドイツの加圧水型原子炉（PWR）では非常に一般的な、ほぼ完全な球形の格納容器設計を採用している。これは内側に鋼鉄製のシェルを持つ二重格納容器である。

ロシアのVVER -1000型原子炉は、それ自体が加圧水型原子炉であるため、格納容器に関しては他の最新の加圧水型原子炉とほぼ同じ設計となっている。しかし、VVER-440型は、設計圧力が比較的低いいわゆるバブルコンデンサーという形状のため、格納容器が著しく脆弱である。

軽水黒鉛炉はソ連でのみ建設された。RBMK型原子炉は二次格納容器のような構造を採用していたが、原子炉の上部プレートは保護構造の一部であった。 1986年のチェルノブイリ事故では、このプレートが予測限界を超える圧力を受け、持ち上がった。

BWR（沸騰水型原子炉）では、格納戦略が異なります。BWRの格納容器は、原子炉と関連する冷却装置が設置されているドライウェルとウェットウェルで構成されています。ドライウェルはPWR（加圧水型原子炉）の格納容器よりもはるかに小さく、より大きな役割を果たします。理論上の漏洩設計基準事故が発生すると、ドライウェル内で原子炉冷却材が蒸気に変わり、ドライウェル内の圧力が急速に上昇します。ドライウェルからのベントパイプまたはチューブは、ウェットウェル（トーラスまたはサプレッションプールとも呼ばれる）に維持されている水位より下に蒸気を導き、蒸気を凝縮させることで、最終的に到達する圧力を制限します。ドライウェルとウェットウェルはどちらも二次格納容器で囲まれており、通常運転時および燃料交換時にはわずかに大気圧より低い、または負圧に維持されます。

一般的な格納容器設計は、Mark I、Mark II、Mark III という名称で呼ばれています。Mark I は最も古いもので、水を入れた鋼鉄製のトーラスであるウェットウェルの上に、逆さにした電球のような形をしたドライウェルがあるのが特徴です。Mark II は、後期の BWR-4 および BWR-5 原子炉で使用されました。これは「オーバーアンダー」構成と呼ばれ、ドライウェルはコンクリートスラブ上に切頭円錐を形成しています。その下には、板金ではなくコンクリート製の円筒形のサプレッションチャンバーがあります。どちらのタイプも、最上階の上に軽量の鋼鉄またはコンクリート製の「二次格納容器」を使用しており、空気をろ過できるようにわずかに負圧に保たれています。最上階は広いオープンスペースで、2 つの長い壁の間に天井クレーンが吊り下げられており、地上階から重い燃料容器を移動したり、原子炉や原子炉ウェルからハードウェアを取り外したり交換したりします。原子炉ウェルは水で満たすことができ、両側にゲートで仕切られたプールがあり、通常は燃料棒の上に配置される原子炉ハードウェアや燃料を保管します。燃料交換プラットフォームには、燃料棒アセンブリを「牛用シュート」を通して原子炉炉心エリアまで正確に昇降させるための特殊な伸縮式マストが備えられています。 ^{[ 6 ]}マークIIIは、PWRにやや似たコンクリートドームを使用しており、使用済み燃料棒を別の階に保管するための別棟があります。また、3種類すべてにおいて、過渡現象時に原子炉システムから放出された蒸気を冷却するために、抑制プール内の大きな水域が使用されています。

マークI格納容器は、福島第一原子力発電所の事故に関与した原子炉で使用されていました。同発電所は、設計基準を超える2つの事象、すなわち原子炉の配管や構造に損傷を与えた可能性のある強力な地震と、燃料タンク、発電機、配線を破壊し、バックアップ発電機が故障し、バッテリー駆動のポンプも最終的に故障した高さ15メートルの津波の複合的な被害を受けました。冷却不足と、沸騰によって失われた水を補充するために必要なポンプの故障により、水に完全に露出した燃料棒の部分的または完全な溶融が発生しました。これにより、大量の放射性物質が大気と海に放出され、水素爆発が発生しました。薄い二次格納容器は水素爆発に耐えるように設計されておらず、屋根や壁が吹き飛ばされたり破壊されたりし、クレーンや燃料交換プラットフォームを含む燃料交換フロアのすべての機器が破壊されました。 3号機は特に壮絶な爆発を起こし、高さ300メートルを超える破片の柱が発生し、その結果、最上階の北端が崩壊し、西側のコンクリート柱が折れ曲がったことが航空写真で確認できる。水素を排気筒に排出するための改良された強化換気システムが取り付けられていたが、電力がないと効果を発揮しなかった可能性がある。福島原発事故以前から、マークI格納容器は停電時に破損しやすいと批判されていた。^{[ 7 ] [ 8 ]}

遠目に見ると、BWRの設計はPWRの設計とは大きく異なって見える。これは、通常、二次格納容器に四角い建物が使用されるためである。また、タービンと原子炉を通るループが1つしかないこと、そしてタービンを通過する蒸気も放射性物質であることから、タービン建屋も相当な遮蔽が必要となる。そのため、構造が似た2つの建物が建設され、高い方の建物に原子炉が、長い方の建物にタービンホールと支持構造物が収容される。

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  旧ドイツのBWR型原子炉、クルンメル号機。右側の原子炉建屋内に鋼鉄製の格納容器がある。
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  ブランズウィック原子力発電所にある典型的な2基構成の米国式沸騰水型原子炉（US-BWR）。格納容器（マークI）も立方体状の遮蔽建屋内に設置されている。
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  現代の原子力発電所は、クリントン原子力発電所の青く塗られた原子炉建屋内の格納容器のように、完全な円筒形や球形ではない設計へと向かう傾向にある。

カナダで開発された重水素・ウラン炉設計にちなんで名付けられたCANDU型原子力発電所は、他の発電所設計に比べて、より多様な格納容器設計と消火システムを採用している。炉心設計の特性上、同じ出力定格の場合、格納容器のサイズは一般的な加圧水型原子炉（PWR）よりも大きくなることが多いが、多くの技術革新によってこの要件は軽減されている。

多くの複数ユニットCANDU発電所は、水噴霧装置を備えた真空建屋を利用しています。敷地内のすべてのCANDUユニットは、格納容器の一部でもある大きな圧力逃がしダクトによってこの真空建屋に接続されています。真空建屋は、想定される破損箇所から発生する蒸気を迅速に吸い込み凝縮し、原子炉建屋の圧力を大気圧以下の状態に戻します。これにより、環境への核分裂生成物の放出を最小限に抑えることができます。^{[ 9 ]}

さらに、二重格納構造を採用した同様の設計も存在する。これは、2つのユニットの格納容器を接続することで、大規模事故発生時に大きな格納容量を確保できる構造である。この方式は、インドのIPHWR（インド太平洋重水炉）の設計で初めて採用され、2つのユニットと消火プールが実装された。

しかし、最新のCANDU設計では、各ユニットに1つの従来型の乾式格納容器が求められている。^{[ 10 ]}

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  ブルースB発電所。左側には大きな真空建屋があり、その周囲にはBWR（沸騰水型原子炉）のような遮蔽建屋がそれぞれ設置された4つの独立した原子炉ユニットに電力を供給している。
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  秦山第3期は2基のCANDU型原子炉で構成されており、各原子炉の格納容器システムはそれぞれ独立している。
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  ピッカリング原子力発電所の単一ユニット。一般的な加圧水型原子炉（PWR）の格納容器とは形状が若干異なっているが、これは主にCANDU型原子炉の設計上、設置面積が広いためである。右側には真空建屋が一部隠れて見える。

米国では、連邦規則集第10編第50部付録A一般設計基準（GDC 54-57）またはその他の設計基準により、格納容器壁を貫通する配管の隔離に関する基本設計基準が定められています。蒸気配管など、格納容器を貫通する各大径配管には、付録Aで許可されている構成の隔離弁が取り付けられています。通常、2つの弁が取り付けられます。^{[ 11 ]}小径配管の場合は、内側に1つ、外側に1つです。大径高圧配管の場合、安全弁のためのスペースと保守上の考慮事項から、設計者は隔離弁を配管が格納容器から出る場所の近くに設置します。原子炉冷却材を運ぶ高圧配管に漏洩が発生した場合、これらの弁は放射性物質が格納容器から漏れるのを防ぐために急速に閉じます。格納容器を貫通する待機システム配管の弁は通常閉じています。格納容器隔離弁は、高エネルギー配管破断時（例えば、主蒸気管や給水管）に発生する格納容器内の高圧など、さまざまな信号によって閉じる場合もあります。格納容器は蒸気とそれに伴う圧力を封じ込める役割を果たしますが、加圧水型原子炉では、このような破断によって放射線学的影響が生じることは通常ありません。

通常運転中は、格納容器は気密で、船舶用エアロックを通してのみアクセスできます。炉心からの高い空気温度と放射線により、プラントがフルパワーで運転されている間、人が格納容器内に滞在できる時間は分単位で制限されます。最悪の緊急事態、NRC規則で「設計基準事故」と呼ばれる事態が発生した場合、格納容器はメルトダウンを封じ込めるように設計されています。メルトダウンを防止するための冗長システムが設置されていますが、方針としてメルトダウンが発生すると想定されているため、格納容器建屋が必要となります。設計上、原子炉容器の配管が破損し、「LOCA」（冷却材喪失事故）が発生し、原子炉容器内の水が格納容器内の大気中に放出され、蒸気に変化すると想定されています。その結果、圧力に耐えるように設計された格納容器内の圧力が上昇し、格納容器スプレー（「ダウジングスプレー」）が作動して蒸気を凝縮し、圧力を下げます。スクラム（「中性子トリップ」）は、破断発生後すぐに開始されます。安全システムは、隔離弁を閉じることで、気密格納容器への不要な配管を遮断します。緊急炉心冷却システムが迅速に作動し、燃料を冷却して溶融を防ぎます。正確な一連の動作は、原子炉の設計によって異なります。^{[ 12 ] [ 13 ]}

米国の格納容器建屋は、10 CFR Part 50、付録 J に基づく格納容器および格納容器隔離規定の義務的な試験の対象となります。格納容器統合漏洩率試験 (タイプ "A" 試験または CILRT) は 15 年ごとに実施されます。局所漏洩率試験 (タイプ B またはタイプ C 試験、または LLRT) は、事故時の漏洩の可能性を特定し、漏洩経路を特定して修復するために、はるかに頻繁に実施されます。LLRT は、格納容器を貫通する格納容器隔離弁、ハッチ、およびその他の付属物に対して実施されます。原子力発電所は、運転許可により、各停止後に原子炉を再稼働する前に格納容器の完全性を証明することが義務付けられています。この要件は、満足のいく局所試験または統合試験の結果 (またはILRTが実施される場合は両方の組み合わせ) によって満たすことができます。^{[ 14 ]}

1988年、サンディア国立研究所は、ジェット戦闘機を時速775km（482mph ）で大きなコンクリートブロックに衝突させる実験を行った。^{[ 15 ] [ 16 ]}飛行機はコンクリートに深さ64ミリメートル（2.5インチ）の溝を残しただけだった。ブロックは格納建屋のミサイルシールドのように構築されておらず、この実験は原子力発電所の格納構造の強度を実証するために設計されたものではなかったが、結果は参考になると考えられた。その後、電力研究所（EPRI）による研究では、民間旅客機は危険をもたらさないと結論付けられた。^{[ 17 ]}   

ターキーポイント原子力発電所は、 1992年にハリケーン・アンドリューの直撃を受けた。ターキーポイントには、化石燃料ユニットが2基と原子力ユニットが2基ある。9000万ドル以上の損害が発生し、その大部分は敷地内の貯水槽と化石燃料ユニットの1基の煙突であったが、格納建屋は無傷であった。^{[ 18 ] [ 19 ]}