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エネルギー増倍モジュール（EM²またはEMスクエア）は、ジェネラル・アトミックス社が開発中の原子核分裂発電炉である。[1]これはガスタービンモジュールヘリウム炉（GT-MHR）の高速中性子バージョンであり、使用済み核燃料を電気と産業プロセス熱に変換することができる。 [2]
設計仕様
EM2は先進的なモジュール型原子炉で、炉心出口温度850℃（1,600℉）で蒸発冷却（乾式冷却では240MW e ）により265MW e（500MW th ）の電力を生産することが期待されている。原子炉は地下の格納容器に完全に密閉され、30年間燃料交換の必要がない。[3] EM2は水冷却ではなく、安全性を高めるためにヘリウムを冷却材として使用するガス冷却高速炉であるという点で現在の原子炉と異なる。原子炉は燃料被覆材として炭化ケイ素、中性子反射材としてジルコニウムシリサイドの複合材料を使用する。原子炉ユニットは直接駆動ヘリウム閉サイクルガスタービンに接続され、発電機を駆動して電気を生成する。
原子炉の炉心設計は、炉心の最初の「スターター」セクションが中性子を供給して、燃料源となる物質（使用済み核燃料、トリウム、または劣化ウラン）を燃焼可能な核分裂性燃料に変換するという新しい変換技術に基づいています。 [4]第 1 世代の EM2 ユニットは、変換プロセスを開始するために濃縮ウラン スターター（約 15 パーセントのU235）を使用します。[5]スターター U235 は、燃料源となる物質が核分裂性燃料に変換されるときに消費されます。炉心の寿命は、燃料の交換や入れ替えを行わない場合で約 30 年です。
EM2の炉心には、寿命が尽きても使用可能な核分裂性物質が大量に残っている。この物質は、従来の核再処理を行わずに、第2世代のEM2のスターターとして再利用できる。[6] 個々の重金属を分離する必要はなく、追加の濃縮ウランも必要ありません。核分裂生成物のみが除去され、従来の使用済み燃料では約1万年かかるのに対し、約500年で背景放射線レベル近くまで崩壊します。[7]
EM2 から排出される重金属はすべて新しい EM2 ユニットにリサイクルできるため、核燃料サイクルが事実上終了し、核拡散のリスクと核物質を安全に保管するための長期貯蔵庫の必要性が最小限に抑えられます。
経済と労働力
EM2の発電コストは、高い電力変換効率（熱入力から電気出力へ）、部品数の削減、炉心の長寿命により低くなると予想されています。EM2は、高い炉心出口温度と密閉型ブレイトン発電サイクルにより、50％以上の熱効率を達成すると予想されています。ブレイトンサイクルでは、蒸気発生器、加圧器、凝縮器、給水ポンプなど、多くの高価な部品が不要になります。この設計では、従来の軽水炉の原子炉コンクリートの1/6しか使用しません。[8]
各モジュールは、交換部品製造およびサプライ チェーン管理を使用して米国内または海外の施設で製造できます。大型コンポーネントは商用トラックまたは鉄道で最終組み立て現場に輸送され、そこで地下の封じ込め構造物に完全に閉じ込められます。乾式冷却機能により、冷却水源のない場所に設置できます。
この原子炉が水素経済の一部となる場合、冷却剤出口温度が 850°C であれば、硫黄ヨウ素サイクルを使用して熱エネルギーを水素に直接変換し (電気やその他の中間ステップなし)、全体の熱効率を約 50% にすることができます。
核廃棄物
EM2 は、現在の軽水炉から出た「使用済み燃料」とも呼ばれる使用済み核燃料を燃焼させることができます。現在の原子炉が廃棄物として残す未使用燃料の約 97% を活用できます。
従来の原子炉からの使用済み燃料棒は保管され、原子力業界と一般大衆によって核廃棄物とみなされています。 [9]軽水炉からの核廃棄物は、そのような原子炉では親ウラン238を燃焼できないのに対し、高速炉では燃焼できるため、元のエネルギーの95％以上を保持しています。現在、米国の使用済み燃料の在庫は9兆バレルの石油に相当し、既知の埋蔵量の4倍に相当します。
核不拡散
使用済み核廃棄物と劣化ウラン備蓄を燃料源として使用することにより、EM2の大規模展開は、長期的なウラン濃縮の必要性を減らし、プルトニウムの分離を必要とする従来の核再処理を排除することができる。[10]
従来の軽水炉では、18 か月ごとに燃料補給が必要です。EM2 の 30 年燃料サイクルにより、燃料の取り扱いの必要性が最小限に抑えられ、燃料物質へのアクセスが削減されるため、核拡散の懸念が軽減されます。
原子力の安全とセキュリティ
EM2は、重力と自然対流のみを使用して緊急時に原子炉を安全に停止するように設計された受動的安全システムを採用しています。[11] 制御棒は、電源喪失事故時に重力によって自動的に挿入されます。全敷地電源喪失事故時には、自然対流を利用して炉心を冷却します。緊急冷却には外部からの給水は必要ありません。炉心の燃料被覆に炭化ケイ素を使用することで、事故シナリオ中に水素が生成されず、現在の原子炉で使用されているジルカロイ金属被覆と比較して、対応期間を延長できます。
地下に建設することで、テロやその他の脅威に対する工場の安全性とセキュリティが向上します。
EM2の高い動作温度は、石油化学燃料製品やバイオ燃料や水素などの代替燃料にプロセス熱を供給することができます。[12]
参照
参考文献
- ^ ローガン・ジェンキンス (2013年1月10日). 「ジェンキンス: 老朽化したサンオノフレ原子炉の代替候補として有望な若手」サンディエゴ・ユニオン・トリビューン. 2013年1月19日閲覧。
- ^ フリーマン、マイク（2010年2月24日）。「同社、小型原子炉の計画あり」サンディエゴ・ユニオン・トリビューン。
- ^ 「先進的原子炉」ジェネラル・アトミックス。 2018年2月19日閲覧。
- ^ 「処分が不確実な中、廃棄物燃焼炉が勢いを増す - EM2 は LWR 燃料を燃焼」、Nuclear New Build Monitor、2010 年 3 月 15 日
- ^ Choi, H. ( 2013). 「超長期燃料サイクルを備えた小型ガス冷却高速炉」。原子力施設の科学と技術。2013 :1–10。doi : 10.1155/2013/618707。
- ^ 「先進的原子炉」ジェネラル・アトミックス。 2018年2月19日閲覧。
- ^ Choi, H. ( 2013). 「超長期燃料サイクルを備えた小型ガス冷却高速炉」。原子力施設の科学と技術。2013 :1–10。doi : 10.1155/2013/618707。
- ^ スミス、レベッカ（2010年2月22日）。「ゼネラル・アトミックス社、核廃棄物で稼働する原子力発電所を提案」ウォール・ストリート・ジャーナル。
- ^ パーメントーラ、ジョン（2010年3月11日）。「原子力は環境に優しい選択肢ではなく、放射性廃棄物を排出し、採掘に危険なウランを必要とし、莫大な費用がかかる」に対する編集者への手紙。ロサンゼルス・タイムズ。
- ^ フェアリー、ピーター（2010年5月11日）。「7. 「原子力発電所の小型化 - モジュール設計は「倍数の経済性」に依存し、小型原子炉で大きな利益を生み出す」」IEEE Spectrum。
- ^ 「先進的原子炉」ジェネラル・アトミックス。 2018年2月19日閲覧。
- ^ 「小型原子力発電炉」。世界原子力協会。2010年8月。2013年2月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2010年9月9日閲覧。
外部リンク
- 公式サイト
- 2011-11-28: カリフォルニア大学バークレー校原子力工学部におけるEM2原子炉に関するプレゼンテーション、ustreamビデオ 前回のプレゼンテーション
- 2015-05:ゼネラルアトミックス社の上級副社長による科学・宇宙・技術委員会での証言: [1]