実験増殖炉 II

北緯43°35′42″ 西経112°39′26″ / 北緯43.595039° 西経112.657156° / 43.595039; -112.657156

実験用増殖炉 II ( EBR-II ) は、アイダホ州の国立原子炉試験所にあるアルゴンヌ国立研究所によって設計、建造、運用されたナトリウム冷却高速炉です。1994 年に閉鎖されました。2005年にアイダホ国立研究所が設立された後、 原子炉の管理は同研究所に移管されました。

最初の運転は1964年7月に始まり、1965年に総費用3,200万ドル以上（2023年の価値で3億900万ドル）をかけて臨界を達成した。EBR-IIの設計と運転における当初の重点は、固体金属燃料のオンサイト再処理を備えた完全な増殖炉発電所を実証することだった。約67％のウラン235に濃縮された燃料要素はステンレス鋼の管に密封され、約65％の濃縮度に達した時点で取り出された。管は開封され、中性子毒を除去するために再処理され、濃縮度を高めるために新鮮なウラン235と混合され、原子炉に戻された。

オリジナルの増殖サイクルのテストは 1969 年まで行われ、その後、この原子炉は統合高速炉の概念をテストするために使用されました。この役割において、EBR-II コアの高エネルギー中性子環境は、将来のより大型の液体金属原子炉の燃料と材料をテストするために使用されました。これらの実験の一環として、1986 年に EBR-II は、完全な冷却ポンプの故障をシミュレートする実験的な停止を受けました。停止後の崩壊熱期間中にナトリウム冷却剤の自然対流によって燃料を自己冷却する能力が実証されました。1994 年 9 月に廃止されるまで、IFR サポートの役割やその他の多くの実験に使用されました。

EBR-II は 1969 年 9 月にフルパワー運転に達し、従来の 3 ループ蒸気タービンシステムと三次強制空気冷却塔を通じて約 62.5 メガワットの熱と 20 メガワットの電力を生産しました。EBR-II は、その耐用年数を通じて 20 億キロワット時を超える電力を生成し、アルゴンヌ国立研究所西施設に電力と熱の大部分を供給しました。

燃料は、直径 5 ミリメートル (0.20 インチ)、長さ 33 センチメートル (13 インチ)のウラン棒でできている。新品のときはウラン 235 が 67%濃縮されているが、取り外すと濃度は約 65% に低下する。棒には 10% のジルコニウムも含まれている。各燃料要素は、少量の金属ナトリウムとともに薄壁のステンレス鋼管の中に入れられている。管は上部で溶接されて閉じられ、長さ 73 センチメートル (29 インチ) のユニットを形成する。ナトリウムの目的は、熱伝達剤として機能することである。ウランが核分裂するにつれて、亀裂が生じ、その空隙にナトリウムが入り込む。ナトリウムは重要な核分裂生成物であるセシウム137 を抽出するため、非常に放射能を帯びる。ウラン上部の空隙には、主にクリプトン85などの核分裂ガスが集まる。長さ 234 cm (92 インチ) の六角形のステンレス鋼ジャケット内のピンのクラスターはハニカム状に組み立てられており、各ユニットには約 4.5 kg (9.9 ポンド) のウランが含まれています。全体として、コアには約 308 kg (679 ポンド) のウラン燃料が含まれており、この部分はドライバーと呼ばれています。

EBR-II 炉心には、照射試験および運転信頼性試験用の実験用サブアセンブリを最大 65 個収容できます。これらのサブアセンブリには、ウランおよびプルトニウムの酸化物、炭化物、窒化物、およびウラン - プルトニウム - ジルコニウム燃料などの金属燃料合金など、さまざまな金属およびセラミック燃料が充填されます。その他のサブアセンブリの位置には、構造材料の実験が含まれる場合があります。

EBR-II のプール型原子炉設計は受動的安全性を提供します。原子炉の炉心、燃料処理装置、および原子炉のその他の多くのシステムは溶融ナトリウムの下に沈んでいます。燃料から冷却材に熱を容易に伝導し、比較的低温で作動する流体を提供することで、EBR-II は温度が上昇する異常事態の際に冷却材、燃料、および構造物の膨張を最大限に活用します。異常事態における燃料と構造物の膨張により、人間のオペレーターが介入しなくてもシステムが停止します。1986 年 4 月、EBR-II で 2 つの特別なテストが実行されました。このテストでは、原子炉がフルパワー (62.5 メガワット、熱) の状態でメインの一次冷却ポンプが停止されました。通常の停止システムが干渉しないようにすることで、原子炉の出力は約 300 秒以内にほぼゼロに低下しました。燃料や原子炉に損傷はありませんでした。同じ日に、このデモンストレーションに続いて別の重要なテストが行​​われました。原子炉が再びフルパワーになったときに、二次冷却システムの流れが停止されました。このテストでは、原子炉の熱を逃がす場所がなかったため、温度が上昇しました。一次（原子炉）冷却システムが熱くなると、燃料、冷却剤ナトリウム、構造が膨張し、原子炉が停止しました。このテストでは、一次冷却システムから熱を除去する能力が失われた場合でも、熱膨張などの固有の特性を利用して原子炉が停止することが示されました。^[1]

EBR-II は現在燃料が抜かれています。EBR-II の停止作業には、EBR-II の隣にある燃料調整施設で電気冶金燃料処理プロセスを使用して、排出された使用済み燃料を処理することも含まれます。

EBR-II のクリーンアップ プロセスには、ナトリウム冷却材の除去と処理、EBR-II ナトリウム システムの洗浄、その他の化学的危険物質の除去と不活性化、および不活性化されたコンポーネントと構造を安全な状態に置くことが含まれます。

原子炉は1994年9月に停止された。廃止措置活動の最初の段階である原子炉燃料の除去は1996年12月に完了した。2000年からは冷却材の除去と処理が行われた。これは2001年3月に完了した。廃止措置活動の3番目で最後の段階は「原子炉と非原子炉システムを放射線学的および産業的に安全な状態に置くこと」であった。^[2]

2012年から2015年にかけて、地下原子炉の一部の部品が撤去された。原子炉建屋の撤去作業の費用は約2,570万ドルだった。^[3]原子炉のある地下室はグラウトで埋められた。3年間の除染と封じ込めプロジェクトには7億3,000万ドルの費用がかかった。後の段階では、EBR-II原子炉を囲む大きなコンクリートドームが撤去され、残った構造物の上にコンクリート製のキャップが設置される予定である。^[4]

2018年に計画が変更されました。ドームの撤去は中止され、2019年に新しい床が張られ、ドームは工業用に準備するために新しい塗装が施されました。^[5]この建物は、埋葬された原子炉の上にある研究施設として使用されます。ドームは、「敷地全体の長期管理および制御プログラム」とともに、墓の不可欠な部分です。この敷地は100年間、そしてその後も無期限に工業用として使用されます。^[3]

EBR-IIの目的は、金属燃料のオンサイト再処理を備えたナトリウム冷却高速炉発電所の運転を実証することであった。オンサイト再処理のこの目的を達成するために、EBR-IIは、以下の施設からなるより広範な施設群の一部であった。

• 燃料処理施設：EBR-IIおよびその他の原子炉からの使用済み燃料を再処理および処理するための施設。使用済み燃料の電気冶金処理用の電気精錬装置を使用する。
• 燃料製造施設：金属燃料要素を製造する施設
• 高温燃料検査施設: 遠隔で高放射性物質を取り扱い、検査するための「ホットセル」複合施設
• ナトリウム処理施設：反応性ナトリウムを低レベル廃棄物に処理する施設

EBR-II は、EBR-II の後継機として計画されていた一体型高速炉(IFR)のプロトタイプとして機能しました。IFR プログラムは 1983 年に開始されましたが、プログラム完了予定日の 3 年前の 1994 年に 米国議会によって資金が撤回されました。

• 
  EBR-II
• 
  電解精錬機
• 
  カソードプロセッサ
• 
  1986 年の EBR-II の制御室
• 
  EBR-II のスキーマ
• 
  使用済み燃料処理プロセスの概略

• EBR-I

引用

文献

• ティル、チャールズ; チャン、ユン・イル (2011)。『豊富なエネルギー: 統合高速炉の物語、シンプルな原子炉技術の複雑な歴史、非専門家のための科学的根拠に重点を置いた物語』チャールズ・E・ティルとユン・イル・チャン。ISBN 978-1466384606。オンラインPDF

• 「アルゴンヌ国立研究所が設計した原子炉」Web サイトの EBR-II。
• 実験用増殖炉 II (21 MB) Leonard J. Koch
• ウェストフォール、キャサリン(2004 年 2 月)。「ビジョンと現実: EBR-II の物語」(PDF)。Nuclear News : 25–32 ページ。
• 受動的に安全な原子炉は冷却を自然に頼っている