航空機の原子力推進
米国のプロジェクト 1946–1961

実験増殖炉I施設に展示されているHTRE-2（左）とHTRE-3（右）

航空機原子力推進( ANP ) 計画とそれに先立つ航空機推進用原子力エネルギー( NEPA ) 計画は、航空機用の原子力推進システムの開発を目指したものであった。米国陸軍航空隊は1946 年 5 月 28 日に NEPA 計画を開始した。[1] NEPA は 1951 年 5 月まで運用され、その後原子力委員会(AEC) と米国空軍の合同 ANP に移管された。[2]米国空軍は、原子力ジェットエンジン用に 2 つの異なるシステム、ゼネラル・エレクトリックが開発した直接空気サイクルとプラット・アンド・ホイットニーに割り当てられた間接空気サイクルを検討した。この計画はコンベア X-6 の開発とテストを目的としていたが、同機が製造される前の 1961 年に中止された。1946 年から 1961 年までの計画の総費用は約 10 億ドルであった。[3]

種類

直接空気循環

オークリッジ国立研究所の航空機原子炉実験棟

直接サイクル原子力エンジンは、燃焼室のない従来のジェットエンジンに似ています。圧縮機部で生成された高温の圧縮空気は、原子炉の炉心に送り込まれます。空気はさらに加熱され、原子炉を冷却します。その後、空気はタービンを通って膨張し、圧縮機を駆動した後、高速で排気されて推力を生み出します。その結果、航空機はジェット燃料の代わりに核反応の熱を利用できるようになります。

オハイオ州エベンデールに拠点を置くゼネラル・エレクトリック社のプログラムは、そのシンプルさ、信頼性、適合性、そして迅速な始動性といった利点から採用されました。従来のジェットエンジンの圧縮機とタービン部が使用され、圧縮空気は反応炉を通過し、そこで加熱された後、タービンから排出されました。

間接空気循環

間接サイクルでは、圧縮機の空気を熱交換器に送り、炉心の外で熱交換を行います。原子炉心は加圧された水または液体金属を加熱し、これも熱交換器に送ります。この高温の液体は空気によって冷却され、空気は液体によって加熱され、タービン（圧縮機の動力源）を通って排気口から排出され、推力を生み出します。

間接空気サイクル計画は、コネチカット州ミドルタウン近郊の施設でプラット・アンド・ホイットニー社に委託されました。この構想は、放射能汚染をはるかに少なくするものでした。液体金属のループを1つまたは2つ使用することで、原子炉の熱をエンジンに運ぶというものでした。この計画には、熱交換器、液体金属ターボポンプ、ラジエーターなど、航空機での使用に適した多くの軽量システムの研究開発が費やされました。間接サイクル計画は、飛行可能なハードウェアの完成には程遠いものでした。[4]

実験炉とプロジェクト

航空機原子炉実験

アメリカ合衆国航空機原子炉実験（ARE）は、原子力爆撃機のエンジンとして使用するために、高出力密度と高出力温度を達成するように設計された2.5MWの 熱スペクトル原子炉実験でした。原子力航空機が通常動力航空機に対して持つ利点は、桁違いに長く空中に留まることができ、核武装したソビエトの敵に対して効果的な核戦略抑止力を提供できることです。AREは、最初に建造され稼働した溶融塩原子炉（MSR）でした。燃料として溶融フッ化物塩NaF – ZrF 4 – UF 4（53–41–6 mol%）を使用し、六方晶系酸化ベリリウム（BeO）で減速され、最高温度は860 °Cでした。減速材と反射材の冷却には、冗長性のある液体ナトリウム冷却システムが使用されました。二次ヘリウムガス冷却ループは一次冷却材の周囲を循環し、水ラジエーターに熱を伝達して熱を大気中に放出した。反応度制御棒が設置された結果、制御棒はAREの出力を決定せず、むしろ電力需要が決定することが判明した。電力需要は、反応度の負の温度係数のために出口と入口の温度に影響を与えた。AREは221時間、ピーク出力2.5MW thまで運転された。[5] [自費出版情報]

MX-1589プロジェクト

試験飛行中のNB-36H。ボーイングB-50スーパーフォートレスに追跡されている。

1951年9月5日、アメリカ空軍はANPプログラムのMX-1589プロジェクトの一環として、改造されたコンベアB-36ピースメーカー[6]に原子炉を搭載して飛行させる契約をコンベアに与えた。NB -36H原子炉試験機（NTA）は、空中原子炉の遮蔽要件を研究し、原子炉航空機の実現可能性を判断することになっていた。これは、米国が実際に稼働している原子炉を搭載した空中原子炉実験として知られている唯一のものであった。NTAは、西テキサスと南ニューメキシコの上空で原子炉の試験のため合計47回飛行した。航空機遮蔽試験原子炉（ASTR）と名付けられた原子炉は稼働していたが、航空機に電力を供給していなかった。飛行プログラムの主な目的は、遮蔽の有効性を試験することだった。NTAの結果に基づき、X-6およびすべての原子力航空機プログラムは1961年に中止された。

熱伝達反応器実験

HTRE-3。

1956年、AEC/USAF ANPプログラムの一環として、改造されたゼネラル・エレクトリックJ47が、熱伝達炉実験1（HTRE-1）として知られる原子炉試験装置を用いて初めて原子力で運転されました。垂直配向制御棒を使用していたHTRE-1は、取り外し可能な炉心を追加試験するためにHTRE-2に改造されました。HTRE-3は、機体への使用に適した水平配向制御棒を試験するために別途建造されました。[7]

廃止された HTRE-2 および HTRE-3 原子炉と試験アセンブリは、アイダホ国立研究所の実験増殖炉 I駐車場で一般公開されています。

プラット・アンド・ホイットニー航空機用原子炉1号機

1957年2月5日、オークリッジ国立研究所(ORNL)の臨界実験施設で、プラット・アンド・ホイットニー航空機会社 (PWAC) の循環燃料炉プログラムの一環として、別の原子炉が臨界状態に達した。これは PWAR-1、プラット・アンド・ホイットニー航空機原子炉 1 号と呼ばれた。実験の目的は、PWAC 原子炉の理論的に予測された核特性を実験的に検証することであった。実験は短期間のみ実施され、1957年2月末までにすべてのデータが収集され、解体が開始された。実験は実質的に核出力ゼロの状態で実施された。動作温度は約 675 °C (1,247 °F) で一定に保たれ、これは PWAR-1 減速材の設計動作温度とほぼ一致しており、この温度は外部ヒーターによって維持された。 2.5MWt AREと同様に、PWAR-1はNaF-ZrF4-UF4を主燃料および冷却剤として使用しました。[8]

キャンセル

スプートニク1号の打ち上げに代表されるソ連との技術競争と空軍からの継続的な強力な支援により、国防総省と原子力委員会（AEC）の主導権が分裂していたにもかかわらず、この計画は継続された。1950年代から1960～61年にかけて、飛行可能な原子力発電所を開発するため、オークリッジ国立研究所（ORNL）を含む多数の試験施設に資金が投入・建設された。AREはMSRコンセプトの運用を実証したが、1961年3月26日、ケネディ大統領によって計画は中止された。[2]中止の理由は、それまで飛行可能な原子炉が製造されておらず、費用が高額なことだった。 [5]「原子力航空機の開発には15年の歳月と約10億ドルが費やされてきたが、近い将来に軍用航空機を実現できる可能性は依然として非常に低い」とされている。また、最初の大陸間弾道ミサイルが1959年9月に実戦配備され、戦略的抑止力としての原子力航空機の必要性がほぼなくなったこともキャンセルの要因となった。[9] [10] [自費出版ソース? ]しかし、AREプログラムの結果は、ORNLの科学者とエンジニアが原子力委員会に30MWの実験用MSRの予備設計提案を提出し、MSRを民生用発電所のコンセプトとして検討するきっかけとなった。[11]この提案の結果、原子力委員会はORNLに溶融塩原子炉実験（MSRE）の設計、建設、運用を指示した。[12]

参照

参考文献

  1. ^ エメ、ユージン・M. (1961). 「航空学と宇宙飛行学：宇宙探査における科学技術のアメリカ年表、1915～1960年」ワシントンD.C.：NASA. pp.  49– 63. 2020年11月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2008年11月5日閲覧。
  2. ^ ab 「メガゾーン」。原子力航空機計画の衰退。ウースター工科大学。1993年。 2008年11月5日閲覧。
  3. ^ 「有人航空機用原子力推進プログラムのレビュー」（PDF） .アメリカ合衆国会計検査院長. B-146759. 1963年2月28日. 2020年2月20日閲覧。
  4. ^ アルヴィン・M・ワインバーグ『最初の核時代：技術的解決者の生涯と時代』 Springer Science & Business Media、1994年、 ISBN 1563963582106ページ
  5. ^ ab MegaZone (1997). 「航空機の原子力推進 - 政治」. 2016年1月16日閲覧。
  6. ^ ロジャー・D・ラウニウス「航空宇宙学年表 1950–54」www.hq.nasa.gov。2019年7月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年4月12日閲覧。
  7. ^ McCusker, Thomas. 「最終報告書：熱伝達炉実験試験アセンブリHTRE-2およびHTRE-3の除染と廃止措置」（PDF）アイダホ国立研究所. 2019年7月6日閲覧。
  8. ^ Scott, D.; Alwang, GW; Demski, EF; Fader, WJ; Sandin, EV; Malenfant, RE (1958). 高温におけるゼロ出力反射減速炉実験(PDF) (報告書). オークリッジ国立研究所. ORNL-2536. 2022年1月24日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) 。 2020年10月28日閲覧。
  9. ^ Trakimavičius, Lukas. 「軍事における原子力推進の将来的役割」(PDF) . NATOエネルギー安全保障センター・オブ・エクセレンス. 2021年10月18日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2021年10月15日閲覧。
  10. ^ Rob V. (2019年10月24日). 「アトラスロケットの歴史」. Century of Flight . 2016年1月16日閲覧。
  11. ^ Alexander, LG, et al. (1960年3月8日). 「実験用溶融塩燃料30MW発電炉」. オークリッジ国立研究所. ORNL-2796. 2025年5月18日閲覧。
  12. ^ Robertson, RC, et al. (1965年1月). MSRE設計・運用報告書 パートI 原子炉設計の説明. オークリッジ国立研究所. ORNL-TM-728. pp. 3–6. 2015年12月1日閲覧。
ウィキメディア コモンズには、航空機の原子力推進に関連するメディアがあります。
  • ガンツ、ケネス（1960年）「原子力飛行：米国空軍の原子力ジェット機、ミサイル、ロケット計画」ニューヨーク、デュエル、スローン、ピアース。
  • Thorton, G (1962年6月28日)、包括的技術報告書、ゼネラル・エレクトリック社直接空気サイクル航空機原子力推進プログラム、プログラム概要および参考文献、米国原子力委員会 (AEC)、OSTI  1048124。
  • 核飛行の夢 — NEPAとANPプログラム（PDF） 、ウィスコンシン州、 2010年6月18日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ、 2009年8月12日取得。
  • 原子力観光局、アーカイブ、2010年12月31日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  • ウェント、ジェラルド（1951）、科学者のプレビュー『最初の原子力飛行機』（記事）原子炉を利用して航空機に動力を与えるというテーマに関するイラスト付き。
  • マーティン、リチャード（2012年5月8日）「ANP」、SuperFuel、St. Martin's Publishing、pp.  109–12、ISBN 9780230341913。
  • ソビエト極秘原子力飛行機 M-60 Akademi Portal (Akademi Portal ウェブサイトより) (英語)
  • 包括的技術報告書 GEダイレクト・エアサイクル航空機原子力推進プログラム（英語）
  • 「飛行可能な」原子炉と中性子結合（英語）
  • 航空機用原子力推進プログラム：原子力合同委員会研究開発小委員会における公聴会（報告書）。1959年7月23日。hdl : 2027/uiug.30112065524198。
  • 機密解除された航空機原子力推進プログラム：有人航空機進捗報告書 1956-1958
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