ウェスティングハウス TR-2

TR -2原子炉は、ウェスティングハウス試験炉またはウェスティングハウス試験炉（WTR）としても知られ、ペンシルベニア州マディソン近郊のウォルツミル工場でウェスティングハウスエレクトリックコーポレーションによって設計・製造された小型の研究・試験用原子炉で、ピッツバーグの南東約3​​0マイルに位置している。TR-2は民間所有の研究・試験用原子炉としては初のものであった。この原子炉は1960年に燃料に重大な損傷を伴う事故に見舞われた。^{[1] [2]}

TR-2は、不均質、低圧、低温、軽水冷却減速、加圧水型原子炉であった。原子炉の主な機能は、原子炉の材料と構成部品を試験することであった。1960年代以降に設計された商用PWRで一般的になっている電気加熱式加圧器容器を組み込むのではなく、TR-2は、地上から高く持ち上げられ、配管で原子炉容器に接続されたヘッドタンクと呼ばれる水タンクによって供給される静水圧に依存していた。原子炉で発生した熱は熱交換器に送られ、最終的に機械通風冷却塔を介して環境に熱が放出される。原子炉は当初、最大20メガワットの熱出力で運転することが許可されていたが、最終的には60メガワットの熱出力レベルで運転できるように設計および構築された。^[3]実験カプセル、テストループ、および燃料実験の位置が原子炉の設計に含まれていた。中性子ビームポートも同様であった。^[4] 1960年1月8日、原子力委員会（AEC）は施設免許の修正第1号を発行し、最大60メガワットの熱出力での運転を許可した。^{[3] [5] [6]}

原子炉は蒸気容器と呼ばれる構造物の中に収容されていた。文献によっては格納容器とも呼ばれ、事故の際に原子炉から放出される可能性のある核分裂生成物を封じ込めるために設計された。蒸気容器は周囲の地面から約74フィートの高さ、内径70フィートの金属製の直円筒形だった。蒸気容器の上部はわずかに丸みを帯びていた。蒸気容器には2つのエアロックがあった。^[7]

プロセス水サージタンクとプロセス水ヘッドタンクには機械換気システムが設置されており、プロセス水ヘッドタンクは蒸気容器の東約500フィートの金属支持フレーム上に設置され、地上約250フィートの高さに設置されていた。強制空気がサージタンク上を吹き抜け、原子炉の運転中に通常生成されるガスを除去し、その後ヘッドタンクに送られ、そこで周囲の地面から約250フィートの高さにある通気口からガスが放出された。^{[8] [9] [7]}

ステンレス鋼製の原子炉容器は高さ32フィート、直径8フィート、壁の厚さは1インチでした。原子炉容器は垂直に配置され、放射線を遮蔽するためにコンクリートで囲まれていました。燃料要素は、原子炉容器の中央の高さから、蒸気シェルと周囲の施設の建物をつなぐ水で満たされた移送管まで伸びた斜めのチューブを介して積み込みと取り出しが行われました。^[7]

研究・試験用原子炉としては典型的なことだが、電気は生産されなかった。^[2]

試験炉は、より広いウォルツミルの敷地の開発地域の北西部に位置していた。^[10]原子炉はウォルツミルロードの東側、現在のウォルツミルロードと州間高速道路70号線の交差点から北に約2,300フィートのところに位置していた。

TR-2 の炉心は円筒形の燃料要素で構成されていた。燃料要素は、ウラン燃料を収容する複数の独立したアルミニウム燃料管を含む機械的な集合体であった。一部の燃料要素には、燃料管に加えて他の原子炉計装または実験コンポーネントが含まれていた。^[5]各燃料集合体には、小さな缶入り試料を照射できる中央のアルミニウム マンドレル管の周囲にある 3 つの長い同心円筒の壁の中に、アルミニウム - ウラン合金の形で 200 グラムの高濃縮ウラン燃料が含まれていた。ウラン - アルミニウム燃料合金はアルミニウムで被覆されており、被覆の厚さは 36 ミル、燃料合金は 52 ミルであった。燃料管の長さは 44 インチで、燃料集合体の外径は 2.5 インチであった。両端のオリフィスは、集合体内のチャネルを通じて冷却剤の流れを分配し、ホット スポットでの沸騰を防ぐために燃料集合体に必要な静圧の一部を提供した。^[6]

AECは、施設の運営に使用するため、ウラン235同位体が約93%に濃縮された 高濃縮ウラン（HEU）に含まれるウラン235 156キログラムをウェスティングハウスに割り当てた。

ウェスティングハウスは1956年2月29日に原子力委員会に建設許可を申請した。建設許可番号CPRR-8（以下CPTR-1と称する）は1957年7月3日に原子力委員会から発行された。原子力委員会は1959年6月19日に施設許可番号TR-2を発行した。^{[4] [11]}

TR-2は1959年7月に初めて臨界に達した。^[2]この原子炉の主な用途は、多くの商業、学術、政府の顧客のために、金属および非金属材料の高中性子核環境への適合性と性能を試験することと、新しい燃料設計の性能を試験することであった。^{[12] [13]}

この原子炉は1960年に事故を起こし、燃料が損傷した。1960年の事故後に再稼働したが、顧客需要が低かったため1962年に廃止された。^{[2] [6]} 1963年3月25日、施設免許が改正され、特殊核物質の保有のみが許可され、原子炉の運転は許可されなくなった。^[11]

放射能レベルが極めて低い原子炉容器は、解体と最終処分のため2000年5月15日に現場から出荷された。^[2]ウェスティングハウスは2012年春にTR-2の蒸気シェルを撤去した。^[1]

1960年4月3日日曜日の夕方、原子炉で部分的な炉心溶融が発生した。燃料要素の1つが溶融し、放射性ガスの核分裂生成物であるクリプトンとキセノンが放出された。^[2]燃料要素の過熱とその後の損傷は、局所的な冷却材の流量不足によって引き起こされたと報告されている。^{[14]この事故は、}国際原子力事象評価尺度で4と評価され、局所的な影響を及ぼす事故となった。^{[15] [16]}

事故に関する最初の原子力委員会への通知は、ウェスティングハウスから原子力委員会ニューヨーク事業所への電話連絡によって提供された。その後の報告書で、ウェスティングハウスは「一次冷却材の高活性と敷地内の高放射線レベルにより、1960年4月3日午後8時50分頃に原子力発電所が停止し、敷地から避難した。高レベルの原因は燃料要素の故障であったことが示唆されている」と述べた。^[17]

事故当時、計画されていた冷却材流量削減実験が進行中だった。原子炉改修のための5週間の停止は、翌日の午前12時1分に開始される予定だった。東部標準時午後7時55分頃、原子炉は30メガワットで稼働していたが、原子炉冷却材流量は徐々に5,250 gpmまで削減された。午後8時には原子炉出力が37メガワットに上昇し、運転員は出力を40メガワットに上げるよう指示した。午後8時35分、制御棒が炉心から自動的に引き抜かれていたにもかかわらず、原子炉出力は急速に17メガワットまで低下した。17メガワットに達した後、原子炉出力は38メガワットまで劇的に上昇した。午後8時40分、施設全体に設置された多数の放射線モニターのうち最初のモニターが、高放射線値で警報を発し始めた。原子炉は4分後の午後8時44分に手動で停止された^[17]。

原子炉がトリップした直後、放射線レベルが上昇し続けたため、施設の作業員は近くの監視所に避難し、その後、原子炉の南東約1/3マイルにあるウェスティングハウス所有のゲストハウスに避難するよう指示された。空気モニターとガイガーカウンターを備えた3つの放射線監視チームが施設を離れ、周囲の環境を監視した。事故当時、北東から時速3〜5マイルの風が吹き、霧雨が降り、太陽はとっくに沈んでいた。^[18]現場の真ん前の幹線道路で観測された放射線レベルは、毎時20ミリレムを超えていた（比較のために、一般的な医療用X線検査は10〜100ミリレムである^[19]）。4月3日夜の調査では、環境の汚染は確認されなかった。原子炉施設の内外の放射線レベルは、その後数時間で低下した。職員は1960年4月4日月曜日の早朝に施設に初めて再入場した。^[17]

被害の程度が判明すると、原子力委員会は事故の調査を開始した。原子力委員会の職員は、1960 年 4 月 22 日にウォルツ ミルの敷地でウェスティングハウスと会議を開いた。4 月 27 日のメモ^[20]で、原子力委員会の検査スペシャリストである VA ウォーカーは、ウェスティングハウスと原子炉の管理者および職員を厳しく批判した。ウォーカーは、調査会議でのウェスティングハウス職員の率直さの欠如を特に批判した。また、彼は、試験中に予期せぬ原子炉出力低下などの異常な状況に遭遇した場合に取るべき行動に関して、書面による試験指示書および原子炉操作手順に詳細が記載されていないことを発見した。ウォーカーは、メモの最後に「一般的に、WTR は適切に管理されておらず、原子炉技術の開発に彼らが示してきた積極性は誤った方向に向けられていると思う。後者の状況は、他の場所で実施された試験に一部起因している可能性がある」とまとめた。

1960 年 5 月 27 日、原子力委員会は事故に関する 13 ページの報告書 CF-169 を発行しました。この報告書には、事故の出来事が詳細に記述されています。特に、この報告書では、事故直後にウェスティングハウスのスタッフが記録した放射線値 (午後 9 時頃に工場の入り口で観測された 200 ミリレム/時を含む) はすべて、放出された核分裂生成物を含む高架ヘッドタンクからの直接ガンマ線であると結論付けています。ヘッドタンク配管放射線モニター (モニターは地上レベルにあり、高架ヘッドタンクよりかなり下) から 2 メートルの位置での線量率は 5000 ミリレム/時でした。放射性核分裂生成物ガスであるキセノン-133-135、アルゴン-41、およびクリプトン-85 は、施設に供給される高さ 250 フィートの排気筒から放出されました。この報告書では、施設の構造および機器の外部に汚染は見つからなかったと繰り返し述べられています。報告書は事故の明確な原因は示さなかったが、燃料要素を通過する冷却材の局所的な低流量の乱れ、燃料要素を通過する流れを妨害する破片、およびいくつかの燃料要素の製造欠陥（例：アルミニウム被覆とウランの結合）がウェスティングハウス調査チームによって最も可能性の高い原因とみなされたと指摘した。^[16] 1960年7月7日に発行されたウェスティングハウスの最終報告書は、事故の直接の原因を決定的に特定することはできないが、問題の燃料要素に以前から存在していた欠陥が最も可能性の高い原因であると結論付けた。^[5]

その後の報告書や書簡では、この事故が将来の原子炉格納容器の設計に及ぼす影響について議論された。TR-2は、事故の際に核分裂生成物が環境に漏れるのを防ぐため、蒸気シェルまたは格納容器を備えて建設された。しかし、さまざまなプロセス水タンクに供給する換気システムの設計と運用により、核分裂ガスが環境に漏れ、プラント部品を介して格納容器バリアを迂回する「格納容器バイパス」事象が発生した。^[8]

燃料要素の1つが溶融して2つの破片となり、事故前の高さに比べて数インチ完全に消失していた。1960年4月18日までに溶融した燃料要素の上部は原子炉から除去されたが、燃料集合体の下部と破片は残った。^[21]溶融した燃料集合体は4月21日から4月25日にかけて原子炉容器から切り出された。事故中および事故後の原子炉冷却ループの循環により炉心破片がシステム全体に拡散し、フィルターやイオン交換装置の使用に加えて、破片の除去に多くの手作業が必要となった。^{[22] [5]}

TR-2は、施設の清掃と原子炉の修理および燃料補給のため、8か月間停止したままだった。清掃作業の労働力は主にウェスティングハウスの従業員と地元の失業者の炭鉱労働者で構成されていた。清掃作業は、一般的な産業用保護具を着用し、家庭用の洗剤や衛生用品を使用して行われた。事故や清掃作業による負傷や病気は発生しなかった。^[2]

事故と清掃作業中に200万ガロンの汚染水が発生しました。汚染水はパイプラインを介して原子炉から3つのライニングされた貯留池/ラグーンに汲み上げられました。^[10]ラグーンで漏れが発生し、最終的に地下水と汚染土壌でストロンチウム^90が検出されるようになりました。

事故と清掃作業は当時、世間の反応やメディアの報道をあまり引き起こさなかった。フィラデルフィア・インクワイアラー紙はユナイテッド・プレス・インターナショナルの2段落の速報記事を掲載しただけだった。^{[23] [22]}

旧施設は撤去され、原子炉の通常運転と1960年の事故による汚染は2013年7月までにペンシルベニア州放射線防護局の満足のいくレベルまで修復されました。 ^[1]

原子力規制委員会は2008年9月19日にTR-2施設の施設運転免許を取り消した。^[24] TR-2はNRCドケット050-00022とNRCドケット070-00698に含まれていた。

原子力委員会報告書 CF-169「ペンシルベニア州ウォルツミル、ライセンス番号 TR-2、ウェスティングハウス試験炉における放射線事故の調査」、1960 年 5 月 27 日付。

ウェスティングハウス レポート WTR-49、1960 年 4 月 3 日の WTR 燃料要素故障に関するレポート。

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