A2W原子炉

A2W原子炉は、アメリカ海軍が軍艦の発電と推進力を得るために使用している海軍用原子炉です。A2Wの名称は以下のとおりです。

• A =航空母艦プラットフォーム
• 2 =請負業者が設計した第2世代コア
• W =ウェスティングハウスが契約設計者

歴史

この原子炉は、世界初の原子力航空母艦であるUSS エンタープライズ （CVN-65）に搭載されました。エンタープライズの4基の推進装置はそれぞれ2基の原子炉で構成され、駆動軸に応じて1A-1B、2A-2B、3A-3B、4A-4Bと番号が付けられていました。各推進装置は、1基の原子炉で、33ノット（時速60キロメートル）を超える速度で艦を推進するために必要な出力範囲のほとんどを稼働させることができました。両方の原子炉が同時に稼働することで、艦の最大速度と航空機の発艦能力が確保されていました。

設計と運用

原子炉は高濃縮ウラン235を燃料とする加圧水型原子炉である^[1]。軽水は中性子減速材と原子炉冷却材の両方として使用される。ハフニウム制御棒は原子炉の運転を制御するために使用される。制御棒を計算された高さまで引き出すことで、原子炉は臨界状態に達することができる。臨界状態とは、核分裂反応が自立的レベルに達する点である。その後、（蒸気発生器からの）蒸気流が、以下に説明するように原子炉の出力を制御する。制御棒は、平均冷却材温度を制御するために「シム調整」され、あるいは原子炉を停止させるために原子炉容器の底まで下げられる。これは、ゆっくりと制御された方法で行うか、緊急時に原子炉を即座に停止させる スクラムと呼ばれる方法で急速に下げられる。

定常運転中の原子炉出力制御の大部分は、冷却水の負の温度係数に起因します。原子炉出力は、燃料内で発生する核分裂反応の瞬間的な発生率によって決まります。冷却水は加熱されると膨張して密度が低下し、体積当たりの中性子減速分子数が減少します。そのため、熱核分裂を維持するために必要な熱エネルギーまで減速される中性子の数も減少します。逆に、冷却水の温度が低下すると密度が増加し、必要な熱エネルギーに達する中性子の数が増加します。これにより、単位時間当たりの核分裂反応回数が増加し、より多くの熱が発生します。このため、「蒸気需要」によって原子炉出力を制御できるようになり、船舶の運用によって要求される出力の変化に対して原子炉運転員が介入する必要がほとんどなくなります。

原子炉から出た熱水は、太いパイプを通って蒸気発生器と呼ばれる熱交換器に送られます。そこで、加圧され過熱された原子炉冷却水の熱は、管壁を通して、別の供給システムから蒸気発生器に供給される水に伝達されます。原子炉冷却水は蒸気発生器で熱を放出した後、大型電動ポンプ（原子炉1基あたり4台）を介して原子炉に戻り、このサイクルを繰り返します。

飽和蒸気は各蒸気発生器から共通ヘッダーに送られ、そこから主機関、発電機、航空機カタパルト システム、およびさまざまな補機に送られます。主推進タービンは 2 つあり、高圧タービンと低圧タービンが 1 つずつで、この 2 つの間には水分分離器が配置されています。低圧主推進タービンは両端開放型であるため、蒸気は中央から入り、実際のタービン ホイールに入ると 2 つの流れに分かれ、膨張してエネルギーを放出し、タービンを高速で回転させます。主軸は減速ギアに入り、ここでタービン シャフトの高回転速度が船舶の推進に使用可能な回転数まで減速されます。主機関と他の補機からの使用済み蒸気は、凝縮器に入り、冷却されて液体の水になり、給水システムにリサイクルされます。

参照

• アメリカ海軍の原子炉一覧

参考文献

1. Chunyan Ma、Frank von Hippel（2001年春）「海軍原子炉向け高濃縮ウラン生産の終了」（PDF）『核拡散防止レビュー』p. 87。2013年2月20日閲覧。