実験増殖炉I

実験増殖炉1号機
アイダホ州にある最初の発電用原子炉である実験増殖炉1号機
実験増殖炉Iはアイダホ州にある
実験増殖炉I
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実験増殖炉Iは米国にある
実験増殖炉I
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位置ビュート郡、アイダホ州、米国
最寄りの都市アイダホ州アルコ
座標43°30′41″N113°00′23″W / 北緯43.51132度、西経113.0064度 / 43.51132; -113.0064
建設された1950
建築家原子力委員会
NRHP参照 番号66000307
重要な日付
NRHPに追加されました1966年10月15日[ 1 ]
NHL指定1965年12月21日[ 2 ]

実験増殖炉I（EBR-I）は、アイダホ州アルコの南東約18マイル（29 km）の砂漠に位置する、廃止された研究用原子炉で、米国国定歴史建造物です。これは世界初の増殖炉でした。[ 3 ] 1951年12月20日午後1時50分、200ワットの電球4個を点灯させるのに十分な電力を生成し、 世界初の発電原子力発電所の1つとなりました。[ 4 ] [ 5 ] EBR-Iはすぐに建物とアルコの町に電力を供給するのに十分な電力を生成し、1964年に廃止されるまで実験研究に使用され続けました。博物館はメモリアルデーの週末からレイバーデーの週末まで一般公開されています。[ 6 ]

歴史

EBR-Iの建設は1949年後半に開始されました。原子炉は、ウォルター・ジン率いるチームによって、アルゴンヌ国立研究所のアイダホ州サイトで設計・建設されました。[ 7 ]この研究所はアルゴンヌ・ウェストとして知られています（2005年からはアイダホ国立研究所の一部です）。初期段階では、原子炉プラントはシカゴ・パイル-4（CP-4）およびジンの地獄のパイルと呼ばれていました。[ 8 ] EBR-Iへの原子炉の設置は1951年初頭に行われ（アイダホ州で最初の原子炉）、1951年8月24日に運転を開始しました。同年12月20日、EBR-Iは初めて電力を生成しました。翌日、原子炉は建物全体を照らすのに十分な電力を生成しました。EBR-Iは、原子炉によって生成された1.4MWの熱から200kWの電力を生産しました。[ 9 ]

EBR-Iでの発電は、原子炉で自家発電した初めての事例であり、原子炉で初めて電気を作った、あるいは電球に電力を供給した初めての事例と誤解されることもある。しかし、原子炉で世界初の電気が生成されたのはその3年前の1948年9月、テネシー州オークリッジ国立研究所のX-10黒鉛炉での実験中だった。小型蒸気タービンで電球1個に電力を供給できた。[ 10 ] 1955年には、実験用沸騰水型原子炉BORAX -III （これもアルゴンヌ国立研究所で設計、建設、運転）が外部負荷に接続され、アイダホ州アルコ近郊の都市に電力を供給したという、原子力におけるもう一つの画期的な出来事が達成された。これは、都市が原子力のみで稼働した初めての事例であった。[ 11 ]

1955年の部分溶融後の炉心の一部

EBR-Iの設計目的は電力生産ではなく、増殖炉の実現可能性を示唆する原子核物理学理論を検証することでした。この概念は、原子炉の中性子放射を利用して、核分裂性物質のブランケットを新たな核分裂性物質に変換、つまり「増殖」させるというものでした。EBR-Iの設計で用いられた反応は、高速中性子を介してウラン238をプルトニウムに増殖させるものでした。

U92238+n01⟶U92239→23.5 minβ−Np93239→2.356 dβ−Pu94239{\displaystyle {\ce {{}^{238}_{92}U + {}^{1}_{0}n -> {}^{239}_{92}U ->[\beta^-][23.5\ {\ce {min}}] {}^{239}_{93}Np ->[\beta^-][2.356\ {\ce {d}}] {}^{239}_{94}Pu}}}

この反応は、ガジェット、ファットマン、そしてさらに先のピット用のプルトニウムを製造するために、X-10グラファイト原子炉とハンフォードサイトB、D、F、DRの原子炉で既に利用されていました。しかし、ハンフォード原子炉では、天然ウラン燃料スラグに含まれる0.7%の核分裂性ウラン235 Uから得られる核分裂性ウラン239 Puは約0.025%に過ぎませんでした。これは「転換率」1/30に相当します。[ 12 ] EBR-Iの設計は、中性子損失を制限し、高速スペクトルを維持することで転換率を1以上に高めることを目指しました。EBR-Iでは、この比率は実験的に次のように計算されました。

conversion ratio=fissile atoms createdfissile atoms destroyed=239Pu production235U fission + 236U production{\displaystyle {\text{conversion ratio}}={\frac {\text{fissile atoms created}}{\text{fissile atoms destroyed}}}={\frac {^{239}{\text{Pu production}}}{^{235}{\text{U fission}}\ +\ ^{236}{\text{U production}}}}}

1956年に原子力委員会の報告書は、放射化学的に測定された転換率が1.00±0.04、物理的に測定された比率が1.01±0.05であると結論付け、暫定的に世界初の増殖炉としました。[ 13 ] [ 14 ]

1955年11月29日、EBR-Iの原子炉は冷却材流量試験中に部分的なメルトダウンを起こしました。この試験は、冷却材流量の変化に対する原子炉の予期せぬ反応の原因を特定するためのものでした。その後、更なる実験のために修理が行われ、その結果、燃料棒と燃料棒を支える厚板の熱膨張が、予期せぬ原子炉の反応の原因であることが判明しました。[ 15 ]

EBR-Iは、世界初の原子力発電炉の一つであるだけでなく、世界初の増殖炉であり、プルトニウム燃料を用いて発電した最初の原子炉でもあります（クレメンタイン原子炉も参照）。EBR-Iの当初の目的は、エンリコ・フェルミの燃料増殖原理、すなわち原子炉は消費するよりも多くの燃料原子を生成できるという原理を証明することでした。EBR-Iはこの原理を証明しました。[ 16 ]

デザイン

EBR-I の断面図。炉心、内側ブランケット棒、冷却材タンク、外側ブランケットおよび制御棒を示しています。

EBR-Iは増殖炉として「シード・アンド・ブランケット設計」を採用した。炉心の「シード」はウラン235含有量90%の高濃縮ウランで、内側のブランケットにはウラン235含有量0.7%の天然ウランの棒が収められていた。この構造は、 NaK一次冷却材を収容する二重壁タンクで囲まれていた。このタンクは、中性子反射特性に優れた天然ウラン製の空冷式外側ブランケットで囲まれており、制御棒もこの内側に収められていた。液体金属内で部品を可動させる技術が初期段階にあったため、外側ブランケットは可動部品であった。しかし、空冷方式のため最大運転出力は大きく制限され、1.4MWthにとどまった。[ 14 ] [ 17 ]

一次液体金属冷却材は重力によって供給タンクから炉心へと流れ、そこで熱を吸収します。その後、冷却材は熱交換器を加熱するために流れ、そこで熱を二次冷却材（これも液体金属）に放出します。一次冷却材は電磁ポンプによって供給タンクに戻されます。二次冷却材はボイラーに送られ、そこで水に熱を放出して蒸気を発生させます。この蒸気はタービンへと送られ、発電に使用されます。その後、この蒸気は凝縮され、水ポンプによってボイラーに戻されます。[ 18 ]この冷却材の設計は、1959年に初めて臨界に達した後のドゥーンレイ高速炉 にも採用されました。

廃止とレガシー

EBR-I は 1964 年にアルゴンヌによって廃止され、新しい原子炉である実験増殖炉 IIに置き換えられました。

1965年に国定歴史建造物に指定され[ 2 ] [ 19 ] 、1966年8月25日にリンドン・ジョンソン大統領とグレン・T・シーボーグの主導で落成式が行われた。[ 20 ]また、 2004年にはIEEEマイルストーンにも認定された。[ 21 ]

  • EBR-Iサイトの銘板
    EBR-Iサイトの銘板
  • コアの組み立て、1951年
    コアの組み立て、1951年
  • EBR-Iでの最初の電力生産は1951年12月20日に行われ、4つの電球が点灯しました。
    EBR-Iでの最初の電力生産は1951年12月20日に行われ、4つの電球が点灯しました。
  • 原子炉は中央の建物にあります。左下の 2 つの構造物は航空機用原子力推進プロジェクトの原子炉です。
    原子炉は中央の建物にあります。左下の 2 つの構造物は航空機用原子力推進プロジェクトの原子炉です。
  • 駐車場から見たEBR-Iの眺め
    駐車場から見たEBR-Iの眺め

参照

参考文献

引用
  1. ^ 「実験増殖炉1号機」NPギャラリー。国立公園局。 2018年10月27日閲覧。
  2. ^ a b「実験増殖炉1号」。国定歴史建造物概要一覧。国立公園局。2008年1月10日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2008年2月6日閲覧。
  3. ^ 「増殖炉」ブリタニカ百科事典、2017年12月31日閲覧。
  4. ^ 「EBR-I（実験増殖炉I）」アルゴンヌ国立研究所。
  5. ^リック・ミハル（2001年11月）「50年前の12月：原子炉EBR-Iが初の電力を生成」（PDF） . Nuclear News . American Nuclear Society.
  6. ^ 「訪問者」アイダホ国立研究所2025年11月15日閲覧。
  7. ^ 1970年6月30日現在、米国で建設済み、建設中、または計画中の原子炉、米国エネルギー省、科学技術情報局、1970年10月31日、doi : 10.2172/4115425、OSTI 4115425 
  8. ^アルゴンヌの核科学技術の遺産：シカゴ・パイル原子炉はアルゴンヌ国立研究所の永続的な研究遺産の一部となる 1942年から1949年のハイライト
  9. ^ 「平和のための原子力：原子力エネルギー学の誕生」 。 2011年7月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年7月21日閲覧。
  10. ^ Garceau, Gil (2015年1月25日). 「世界初の原子力発電：ジェンセン原子炉50号機によるX10グラファイト原子炉1948年発電」 . YouTube . 2022年4月4日閲覧。
  11. ^ 「アイダホ州アルコにおけるBORAX-III照明に関するAECプレスリリース」米国エネルギー省、アルゴンヌ国立研究所。1999年。 2012年7月26日閲覧。
  12. ^ 「ワシントン州ハンフォードのB原子炉の科学」教師（米国国立公園局） 1944年9月26日。 2024年12月24日閲覧。
  13. ^ Kadak, Prof. Andrew C. 「講義4、燃料の枯渇と関連影響」 . Operational Reactor Safety 22.091/22.903 . Hemisphere、MITによる参照。p. 表6–1「基準原子炉システムの平均転換率または増殖率」 . 2015年10月17日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2012年12月24日閲覧。
  14. ^ a b Zinn, WH; アルゴンヌ国立研究所 (1956). 1955年11月1日～2日にアイダホ州アイダホフォールズで開催された沸騰水型原子炉計画および高速炉計画に関する技術説明会で発表された論文: (非機密扱い) . 米国原子力委員会, 技術情報サービス拡張. 2024年12月24日閲覧.
  15. ^ホウ砂原子炉とEBR-Iのメルトダウンの物語 — レイ・ハロルドセンISBN 978-1-56684-706-3
  16. ^ 「実験用増殖炉I」 ASME 2017年12月18日閲覧。
  17. ^ 「実験用増殖炉I」（PDF） ASME 2019年10月28日閲覧。
  18. ^ 「EBR-1の写真」www.ans.org . 2024年1月13日閲覧。
  19. ^ブランシュ・ヒギンズ・シュローアー (1976年6月12日). 「実験用増殖炉1号」(PDF) .国家歴史登録財目録推薦書. 国立公園局. 2009年6月22日閲覧.1975年の写真4枚付き。  ( 1.43 MB)
  20. ^ 「EBR-I、一般公開ツアー開始」アイダホ国立研究所、2016年5月26日。 2017年12月18日閲覧。
  21. ^ 「マイルストーン：実験的増殖炉I、1951年」 IEEEグローバル歴史ネットワークIEEE 2011年8月3日閲覧。
参考文献
ウィキメディア・コモンズには、実験増殖炉 Iに関連するメディアがあります。
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