国立研究万能原子炉

北緯46°3′15.53″ 西経77°21′52.12″ / 北緯46.0543139° 西経77.3644778° / 46.0543139; -77.3644778 国立研究用万能原子炉（NRU）は、カナダの国立科学施設の1つであるオンタリオ州チョーク・リバー研究所に建設された135MWの原子炉研究用原子炉でした。これは多目的科学施設であり、主に3つの役割を果たしていました。毎年80か国で2,000万人以上の治療や診断に使用される放射性核種（および、より少ない量ではあるが、医療以外の目的で使用される他の同位元素）を生成しました。これは、 NRCカナダ中性子ビームセンター（ノーベル賞受賞研究から発展した材料研究センター）の中性子源でした。これは、カナダ原子力公社がCANDU原子炉の燃料と材料を開発するためのテストベッドでした。 2018年3月31日に引退した時点では、世界最古の稼働中の原子炉でした。

NRU原子炉の設計は1949年に開始されました。これは基本的にカナダの設計であり、NRXから大幅に進歩しています。^{[1]これは、}チョークリバー研究所のカナダ国立研究評議会の原子力プロジェクトでNRX原子炉の後継として建設されました。NRX原子炉は、1947年に稼働を開始したとき、世界で最も強力な中性子源でした。^[2]研究用原子炉がどれくらいの期間稼働できるかは不明だったため、チョークリバー研究所の経営陣は研究プログラムの継続性を確保するためにNRU原子炉の計画を開始しました。^[2]

NRU はNRX の10 年後の 1957 年 11 月 3 日に自立運転を開始 (または「臨界」) し、出力は NRX の 10 倍でした。当初は天然ウランを燃料とする 200 MW の原子炉として設計されました。NRU は 1964 年に高濃縮ウラン(HEU) 燃料で 60 MW に改造され、1991 年には低濃縮ウラン (LEU) 燃料で稼働する 135 MW に 3 度目の改造が行われました。

1958年5月24日土曜日、NRUは大事故に見舞われた。^{[3] [4] [5]}損傷したウラン燃料棒が炉心から取り外される際に発火し、2つに引き裂かれた。火は消し止められたが、相当量の放射性燃焼生成物が原子炉建屋内を汚染し、程度は低いが周囲の実験室敷地も汚染した。清掃と修理には3か月を要した。NRUは1958年8月に再び稼働を開始した。危険なレベルの放射線に誰もさらされないように注意が払われ、清掃に関わったスタッフはその後数十年にわたって監視された。^[6]清掃に当たっていたビャルニー・ハンニバル・ポールソン伍長は異常な皮膚がんを発症し、障害年金を受給した。^{[7] [8]}

NRU のカランドリアは核反応容器で、アルミニウムで作られており、腐食のため 1971 年に交換されました。カランドリアはそれ以来交換されていませんが、2 回目の交換が必要になる可能性があります。NRU の設計の利点は、アップグレードや修理ができるように分解できることです。

1986年10月、NRU原子炉はアメリカ原子力学会により原子力の歴史的建造物として認定された。^[9] NRXは45年間の稼働を経て1992年に廃止されて以来、NRUのバックアップは行われていない。

1994年、バートラム・ブロックハウスは1950年代にNRXとNRU原子炉で行った先駆的な研究によりノーベル物理学賞を受賞しました。彼は現在世界中で使用されている科学技術を生み出しました。^[10]

1996年、AECLはカナダ原子力安全委員会（当時は原子力管理委員会と呼ばれていた）に対し、NRU原子炉の運転は2005年12月31日以降は継続しないと通知した。代替施設はその期間内に建設されると予想されていた。しかし、代替施設は建設されず、2003年にAECLはCNSCに対し、2005年12月以降もNRU原子炉の運転を継続する意向を通知した。運転免許は当初2006年7月31日まで延長され、2006年7月に63か月の免許更新が取得され、NRUの運転は2011年10月31日まで可能となった。^[11]

2007年5月、NRUは医療用同位元素の生産において新たな記録を樹立した。^[12]

2007年6月、NRUに新しい中性子散乱装置が開設されました。^[13] D3中性子反射計は、表面、薄膜、界面を検査するために設計されています。中性子反射測定法は、ナノメートルの長さスケールの材料に関する独自の情報を提供することができます。

2007 年 11 月 18 日、NRU 原子炉は定期保守のため停止された。この停止は、カナダ原子力安全委員会 (CNSC) による 2006 年 8 月の運転免許延長の一環として、AECL が原子炉の冷却ポンプ 2 台に耐震適合の非常用電源システム (EPS) を設置することを決定したため、自主的に延長された。AECL が代替供給を事前に手配していなかったため、この結果、世界中で医療用放射性同位元素が不足した。2007 年 12 月 11 日、カナダ下院は、政府が「独立した専門家」の助言と称するものに基づいて、2 つの耐震接続のうち 1 つが完了した状態で NRU 原子炉を再起動すること (コアを冷却するには 1 つのポンプで十分) を認可し、CNSC の承認なしで 120 日間原子炉を運転することを認可する緊急法案を可決した。この法案C-38は上院を通過し、12月12日に国王の裁可を受けた。スティーヴン・ハーパー首相は、この閉鎖は「何万人ものカナダ人の健康と安全を危険にさらした」として「自由党が任命した」CNSCを非難した。他の人々は、首相と政府の行動と優先事項を、AECLの民間投資家への最終的な売却を保護するという観点から見た。^{[14] [15] [16] [17]} 政府はその後、2009年5月にAECLの一部を売却する計画を発表した。^[18]

NRU原子炉は2007年12月16日に再稼働した。

2008年1月29日、 CNSCの元委員長リンダ・キーンは議会委員会で証言し、NRU原子炉の燃料破損リスクは「1000年に1度」であり、これは「国際基準」の1000倍のリスクであると主張した。これらの主張はAECLによって反駁された。^[19]

2008 年 2 月 2 日、2 回目の地震接続が完了しました。このタイミングは、法案 C-38 で定められた上記の 120 日間の期間内に十分収まっていました。

2009 年 5 月中旬、原子炉容器の底部で大量の水漏れが検出され、原子炉が一時的に停止しました。腐食により、漏れは 1 時間あたり 5 kg (<5 リットル) と推定されました。これは 2008 年後半以来 2 度目の大量の水漏れでした。原子炉は燃料が取り出され、重水減速材がすべて排出されました。漏れまたは燃料取り外し中に、放射能の管理レベルを超えることはなく、漏れた水はすべて封じ込められ、現場で処理されました。

原子炉は2010年8月まで停止したままだった。^[20]原子炉から燃料を取り出し、容器の腐食の全容を確かめ、最終的に修理を行うために、長期間の停止が必要だったが、原子炉容器内に残留放射能フィールドがあるため、これらすべての作業は遠隔かつ最低8メートルの距離からのアクセスが制限されていた。2009年の停止は、世界中の他の4つの通常の医療用同位元素供給原子炉のうち1つだけが生産していた時期に発生し、世界的な不足を招いた。

2018年3月31日、政府の操業停止指示に従い、NRUは2028年に予定されている廃止措置の開始を前に永久に閉鎖された。^{[21] [22]}

初期のNRX原子炉の建設により、自然界では通常見られない同位元素を初めて商業的に製造することが可能になりました。稼働中の原子炉の炉心には、数十億個の自由中性子が存在します。標的物質を炉心に挿入すると、標的内の原子がそれらの中性子の一部を捕獲し、より重い同位元素になることができます。医療用同位元素の製造は、1950 年代初頭のカナダの医療における革新でした。

NRU原子炉はNRXの伝統を引き継ぎ、2018年3月31日に廃止されるまで、世界のどの施設よりも多くの医療用同位元素を生産しました。

• NRUのコバルト60は、毎年80か国で1500万人の患者の癌を治療する放射線治療装置に使用されています。 ^[23] NRUは世界の供給量の約75％を生産しました。^[24]コバルト60の崩壊により、高エネルギー光子が放出されます。
• 原子力研究所のテクネチウム99mは、毎年500万人の患者の診断に使用されており^{[25]、これはすべての}核医学処置の約80％を占めています。 ^[26] 原子力研究所は世界の総供給量の半分以上を生産しました。^[24]テクネチウム99mは、ほとんどのガンマ線放射体よりも崩壊時に放出するエネルギーが少なく、X線管からのX線とほぼ同じです。これは、SPECTスキャンと呼ばれる患者の画像を作成する特別なカメラの現場光源として機能することができます。原子力研究所は実際に、より安定した親同位体であるモリブデン99を製造しており、医療研究室に送られています。そこでテクネチウム99mに崩壊し、分離されて検査に使用されます。^[27]
• NRU は、さまざまな診断および治療用途に使用されるキセノン 133、ヨウ素 131、ヨウ素 125 を生産しました。
• NRUで生産された炭素14は化学、生物科学、環境研究室に販売され、トレーサーとして使用されています。
• NRU のイリジウム 192 は、溶接部やその他の金属部品を検査して安全に使用できるかどうかを確認するために、さまざまな業界で使用されています。

NRU 原子炉の炉心は幅約 3 メートル (9.8 フィート)、高さ約 3 メートル (9.8 フィート) で、研究用原子炉としては異例の大きさです。この大きな容積により、同位体の大量生産が可能になりました。世界中の他の研究用原子炉でも医療用および産業用の同位体が生産されています。たとえば、オランダのペッテンの欧州高中性子束原子炉、ポーランドのマリア原子炉、 2007 年 4 月に稼働を開始したオーストラリアのOPAL原子炉などです。

NRUは当初2016年10月に閉鎖される予定だった。2018年まで安定同位体製造業者が参入できなかったため、カナダ政府はNRUが2018年3月まで同位体を製造することを許可した。^[28]

NRU 原子炉には、カナダの国立中性子散乱施設であるNRCカナダ中性子ビーム センターがあります。中性子散乱とは、中性子ビームを物質 のサンプルに照射する技術で、中性子が内部の原子からどのように散乱するかによって、科学者はサンプル内の結晶構造や原子の動きに関する多くの詳細を判定できます。

この技術の先駆者はバートラム・ブロックハウスで、彼はNRXとNRU原子炉の初期のニュートリノ分光計のいくつかを製作し、中性子分光法の開発により1994年のノーベル物理学賞を受賞しました。^[29]

NRC カナダ中性子ビームセンターは現在もその科学分野を継続しており、カナダ全土および世界中の科学者が研究プログラムで中性子を利用できるように、オープンアクセスのユーザー施設として運営されています。

先進国では、中性子散乱とX線散乱のための国立施設を支援するのが一般的です。この2種類の施設は、材料に関する補完的な情報を提供します。

カナダの国家中性子源としてのNRU原子炉の珍しい特徴は、その多目的設計です。つまり、中性子散乱装置一式に中性子を供給すると同時に、同位体を製造し、核研究開発をサポートできます。

NRU原子炉は、単に原子力研究施設であると（誤って）みなされることがある。しかし、中性子散乱は原子力研究ではなく、材料研究である。中性子は、金属、合金、生体材料、セラミック、磁性材料、鉱物、ポリマー、複合材料、ガラス、ナノ材料など、多くの材料の理想的なプローブである。NRC カナダ中性子ビームセンターの中性子散乱装置は、毎年カナダ全土の大学や産業界で使用されている。材料に関する知識は、多くの分野での革新にとって重要であるためである。^[30]

NRU 原子炉の炉心には、大型発電原子炉内の状態を再現できる試験設備が組み込まれています。NRU 自体は蒸気 (または電気) を生成しません。冷却水は摂氏約 55 度まで加熱されます。ただし、試験設備内では高温高圧が発生する可能性があります。原子力発電所の建設に使用する前に、さまざまな材料をテストすることが不可欠です。

NRU から得られた基礎知識はCANDU 原子炉の開発を可能にし、カナダの原子力産業の基盤となっています。

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• カナダの原子力発電

• NRU原子炉
• NRC カナダ中性子ビームセンター
• 原子力事故（ジョージア州立大学）
• ジェレミー・ウィットロック博士による「カナダの原子力に関する FAQ」(特に、2007 年 11 月から 12 月にかけての同位体生産停止に関する「NRU の安全性」セクションを参照)
• カナダの核遺産保存協会