米国の海軍原子炉

北緯46°33′54.8″ 西経119°31′09.7″ / 北緯46.565222° 西経119.519361° / 46.565222; -119.519361

アメリカ海軍の原子炉は、アメリカ海軍が特定の艦船に搭載して使用する原子炉であり、推進力、電力、航空母艦の飛行機のカタパルト発射、その他の用途に使用する蒸気を生成する。このような海軍の原子炉には、完全な発電所が付属している。1975年以降に建造された就役中のアメリカ海軍の潜水艦と超大型空母はすべて原子力空母であり、最後の通常空母であるUSS キティホークは2009年5月に退役した。アメリカ海軍には、このような原子炉を搭載した原子力巡洋艦も9隻あったが、それらもその後退役している。

原子炉は多くの請負業者によって設計され、^{[誰が? ]その後、}エネルギー省が所有し、元請け業者が運営するいくつかの施設のいずれかで開発およびテストが行​​われます。ペンシルベニア州ウェストミフリンのベティス原子力研究所とアイダホ州の関連海軍原子炉施設、ニューヨーク州ニスカユナのノルズ原子力研究所とニューヨーク州ウェストミルトンの関連ケッセルリンク施設は、すべて海軍原子炉局の管理下にあります。時には、原子力発電所をテストするために海軍原子炉施設、ケッセルリンク、ウィンザー (コネチカット州) に実物大の原子力プロトタイププラントが建設され、原子力資格を持つ船員を訓練するために何年も稼働していました。

各原子炉の設計には、次の 3 文字の指定が与えられます。

• 原子炉を搭載する船舶の種類を表す文字（航空母艦の場合は「A」、巡洋艦の場合は「C」、駆逐艦の場合は「D」、潜水艦の場合は「S 」）
• 連続した世代番号
• 原子炉の設計者を表す文字（「W」はウェスティングハウス、「G」はゼネラル・エレクトリック、「C」は燃焼工学、「B」はベクテル）

たとえば、S9G原子炉は、潜水艦（S）、第9世代（9）、ゼネラル・エレクトリック社が設計した原子炉（G）を表します。

原子力による海洋推進の概念分析は1940 年代に始まった。海軍向けの原子炉開発の研究は、 1948 年からペンシルバニア州ウェストミフリンのベティス原子力研究所で行われた。ハイマン G. リコーバー提督の長期にわたるリーダーシップの下、最初の試験用原子炉プラントであるプロトタイプS1Wが 1953 年にアイダホ州の海軍原子炉施設で稼働を開始した。ベティス研究所と海軍原子炉施設は、当初およびその後数十年にわたってウェスティングハウスによって運営された。最初の原子力船である潜水艦USS ノーチラス号は 1955 年に進水した。USSノーチラス号は、比較的低速で航続距離の短い従来型の潜水艦から、数週間連続して潜水状態で 20～25ノット(37～46 km/h、23～29 mph)を維持できる潜水艦への移行の始まりを示した。

海軍原子炉の初期開発作業の多くは、アイダホ国立研究所(INL、旧 INEL)の敷地内にある海軍原子炉施設で行われました。USSノーチラス号はS2W 原子炉で駆動され、乗組員は INL の陸上型S1W 原子炉で訓練を受けました。

2番目の原子力潜水艦はUSS シーウルフで、当初はナトリウム冷却 S2G原子炉で駆動され、ゼネラル・エレクトリックが運営するノールズ原子力研究所のケッセルリンク施設にある陸上S1G原子炉によってサポートされていました。予備のS2Gも建造されましたが、使用されることはありませんでした。

USSシーウルフは過熱装置の問題に悩まされていたが、その結果USSノーチラスの方がはるかに優れた性能を発揮した。このことと、海上で事故が発生した場合に液体ナトリウムがもたらすリスクから、リックオーバー提督は米国海軍の標準的な原子炉の種類として加圧水型原子炉(PWR) を選択した。USSシーウルフから S2G が取り外され、USSノーチラスプログラムの一部であった予備の S2W の部品を使用したS2Wa 原子炉に置き換えられた。その後の米国海軍の原子炉はすべて PWR であったが、ソ連海軍は主に PWR を使用したが、 K-27と 7 隻のアルファ級の 8 隻の潜水艦で 3 種類の鉛ビスマス冷却液体金属冷却原子炉(LMFR)も使用した。

USSノーチラスの経験から、単一原子炉で駆動するさらなる（スケート級）潜水艦と、 1960年に8基のA2W原子炉で駆動する航空母艦USS エンタープライズが並行して開発されました。巡洋艦USS ロングビーチは1961年に続き、2基のC1W原子炉で駆動されました。USSエンタープライズは50年以上にわたって運用され、2012年に退役しました。

アイダホ州、ニューヨーク州、コネチカット州にある陸上の本格的なプロトタイプ工場は、すべてではないものの、いくつかのタイプ（世代）の米国海軍原子炉の開発に先立って建設されました。最初の建設後、いくつかのエンジニアリングテストが行​​われ、プロトタイプはその後何年もの間、原子力資格を持つ水兵の訓練に使用されました。たとえば、海軍原子炉施設のA1Wプロトタイプは、USSエンタープライズで使用されるA2W原子炉の開発につながりました。1962 年までに、米国海軍は 26 隻の原子力潜水艦を運用し、30 隻を建造中でした。原子力は米国海軍に革命をもたらしました。

技術はイギリスと共有され、フランス、中国、ソ連では技術開発が個別に進められた。

スケート級艦の後、原子炉の開発が進められ、米国ではウェスティングハウス社とゼネラル・エレクトリック社が、各艦艇に原子炉1基を搭載する、標準化された設計の単一シリーズを建造しました。ロールス・ロイス社は、英国海軍の潜水艦用にPWR1と同様のユニットを建造し、その後、設計をさらに PWR2 へと発展させました。S5W原子炉プラントを搭載した多数の潜水艦が建造されました。

1989年の冷戦終結時には、400隻を超える原子力潜水艦が運用中または建造中だった。これらの潜水艦のうち約250隻は、現在では兵器削減計画により廃棄され、発注がキャンセルされた。ロシア海軍とアメリカ海軍はそれぞれ100隻以上を保有していたが、イギリスとフランスはそれぞれ20隻未満、中国は6隻だった。現在、合計は約160隻である。

アメリカは原子力空母（10）を保有する主要海軍であり、ロシアは原子力巡洋艦を保有している。ロシアには就役中または建造中の原子力砕氷船が8隻ある。1948年の開始以来、米海軍の原子力計画は27種類の異なるプラント設計を開発し、210隻の原子力艦に搭載し、500基の原子炉を稼働させ、5,400原子炉年以上の稼働と1億2,800万マイルの安全航行を積み重ねてきた。さらに、98隻の原子力潜水艦と6隻の原子力巡洋艦がリサイクルされている。米海軍は原子炉事故を公表したことはないが^{[1] [2] 、} USSガードフィッシュで少なくとも1回の冷却材喪失事故が発生している。^[3]

米海軍の原子力巡洋艦（CGN）9隻はすべて海軍艦艇登録簿から抹消され、リサイクルによりまだ解体されていない艦艇はリサイクルされる予定である。原子炉事故で米海軍の艦艇や潜水艦が沈没したことはないが、原子力潜水艦USS スレッシャーとUSS スコーピオンの2隻が海上で失われた。これらの原子炉の状態は公表されていないが、両沈没艦は海軍の代理としてロバート・バラードが遠隔操作無人機（ROV）を使用して調査した。 ^[要出典]

議会は、米国海軍がすべての大型水上戦闘艦（巡洋艦、駆逐艦）および強襲揚陸艦で原子力をオプションとして検討することを義務付けました。予備的な船舶設計の代替案分析（AoA）段階でライフサイクルコスト分析により費用対効果が証明されれば、新しい船種（CG(X)など）で原子力推進を採用することができます。

現在の米国海軍の原子炉はすべて加圧水型原子炉であり^[4]、以下の点を除いて電力を生産するPWR商用原子炉と同一である。

• これらは、小さな容積で高い出力密度を持ち、低濃縮ウラン（一部のフランスや中国の潜水艦が使用）または高濃縮ウラン（20％以上のU-235、現在の米国の潜水艦は少なくとも93％に濃縮された燃料を使用している）で稼働します^[5]
• コアの寿命は長く、燃料補給は10年以上経ってからで、新しいコアは空母では25年、潜水艦では10～33年持続するように設計されている。
• この設計により、安全性を維持しながらコンパクトな圧力容器を実現できます。^{[説明が必要]}

長い炉心寿命は、高ウラン濃縮と「可燃性中性子毒」の組み込みによって可能になります。可燃性中性子毒は、核分裂生成物やアクチニドなどの不燃性毒が蓄積するにつれて徐々に減少します。可燃性毒の減少は不燃性毒の生成を相殺し、長期にわたる安定した燃料効率をもたらします。

コンパクトな原子炉圧力容器の長期的な健全性は、内部に中性子シールドを設けることで維持されます。(これは、非常に狭い圧力容器への中性子の衝撃により脆化が発生するソビエト初期の民生用 PWR 設計とは対照的です。)

大型の潜水艦や水上艦では、原子炉のサイズは最大で約 500 MWt (約 165 MWe)になります 。フランスのルビス級潜水艦には 48 MW の原子炉があり、30 年間燃料補給を必要としません。

米国、英国、ロシア連邦の原子力海軍は蒸気タービン推進に依存しています。フランスと中国の海軍はタービンを使用して推進力の電力を生成しています。ほとんどのロシア潜水艦と、エンタープライズ以降のすべての米国の水上艦は、2 基以上の原子炉で駆動されています。米国、英国、フランス、中国、インドの潜水艦は、1 基で駆動されています。

原子力潜水艦の退役は、アメリカとロシアの海軍にとって大きな課題となっている。^[6]米国の慣行では、燃料を抜いた後、原子炉部分を艦艇から切り離し、低レベル廃棄物として浅い地中に埋める（船舶・潜水艦リサイクルプログラムを参照）。

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• この記事のオリジナル資料の一部はウラン情報センターから提供されました。