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エネルギー増倍モジュール（EM²またはEMスクエア）は、ジェネラル・アトミックス社が開発中の核分裂発電炉です。[1]これはガスタービンモジュール式ヘリウム炉（GT-MHR）の高速中性子版であり、使用済み核燃料を電気と産業プロセス熱に変換することができます。[2]
設計仕様
EM2は先進的なモジュール型原子炉で、炉心出口温度850℃（1,600℉）で蒸発冷却（乾式冷却では240MW e ）で265MW e（500MW th ）の電力を生産することが期待されている。原子炉は地下格納容器に完全に密閉され、30年間燃料交換の必要がない。 [3] EM2は水冷却ではなく、安全性を高めるためにヘリウムを冷却材として使用するガス冷却高速炉である点で現在の原子炉と異なる。この原子炉は燃料被覆材として炭化ケイ素、中性子反射材としてケイ化ジルコニウムの複合材料を使用している。原子炉ユニットは発電機を駆動して電気を生成する 直接駆動ヘリウム閉サイクルガスタービンに結合されている。
原子炉の炉心設計は、炉心の最初の「スターター」セクションが中性子を供給し、使用済み核燃料、トリウム、または劣化ウランなどの親物質を燃焼可能な核分裂性燃料に変換するという新しい転換技術に基づいています。 [4]第一世代のEM2ユニットは、転換プロセスを開始するために濃縮ウランスターター（約15% U235 ）を使用します。 [5]スターターU235は、親物質が核分裂性燃料に変換される際に消費されます。炉心の寿命は、燃料交換や燃料の入れ替えを行わない場合、約30年です。
EM2炉心には、寿命後も相当量の利用可能な核分裂性物質が残存しています。この物質は、従来の核再処理なしに、第二世代EM2のスターターとして再利用できます。[6] 個々の重金属の分離や追加の濃縮ウランは必要ありません。除去されるのは核分裂生成物のみで、従来の使用済み燃料では約1万年かかるのに対し、約500年で背景放射線レベル近くまで崩壊します。[7]
EM2から排出される重金属はすべて新しいEM2ユニットにリサイクルできるため、核燃料サイクルが事実上終了し、核拡散リスクと核物質を安全に保管するための長期貯蔵所の必要性が最小限に抑えられます。
経済と労働力
EM2の発電コストは、高い電力変換効率（熱入力から電気出力へ）、部品数の削減、そして炉心寿命の長さにより、より低くなると予想されています。EM2は、高い炉心出口温度と密閉型ブレイトンサイクルにより、50%以上の熱効率を達成することが期待されています。ブレイトンサイクルは、蒸気発生器、加圧器、復水器、給水ポンプなど、多くの高価な部品を必要としません。この設計では、従来の軽水炉の原子炉コンクリートの6分の1しか使用しません。[8]
各モジュールは、交換部品製造およびサプライチェーンマネジメントを活用し、米国内または海外の施設で製造可能です。大型部品は商用トラックまたは鉄道で最終組立現場に輸送され、そこで地下格納構造物に完全に密閉されます。乾式冷却機能により、冷却水源のない場所でも設置可能です。
この原子炉が水素経済の一部となる場合、冷却剤出口温度が 850 °C であるため、硫黄ヨウ素サイクルを使用でき、熱エネルギーを水素に直接変換し（電気やその他の中間ステップなし）、全体の熱効率は約 50% になります。
核廃棄物
EM2は、現在の軽水炉から排出される使用済み核燃料（「使用済み燃料」とも呼ばれる）を燃焼させることができます。現在の原子炉が廃棄物として残す未使用燃料の約97%を有効活用できると推定されています。
従来型原子炉の使用済み燃料棒は保管され、原子力業界と一般市民によって核廃棄物とみなされています。 [9]軽水炉からの核廃棄物は、高速炉とは異なり、軽水炉では親ウラン238を燃焼できないため、元のエネルギーの95%以上を保持しています。現在、米国の使用済み燃料の在庫は9兆バレルの石油に相当し、これは既知の埋蔵量の4倍に相当します。
核不拡散
使用済み核廃棄物と劣化ウランを燃料源として利用することで、EM2の大規模展開は長期的なウラン濃縮の必要性を減らし、プルトニウムの分離を必要とする従来の核再処理を排除することができる。[10]
従来の軽水炉は18ヶ月ごとに燃料交換が必要です。EM2の30年燃料サイクルは燃料の取り扱いを最小限に抑え、燃料物質へのアクセスを減らすため、核拡散の懸念を軽減します。
原子力の安全とセキュリティ
EM2は、緊急時に重力と自然対流のみを利用して原子炉を安全に停止させるように設計された受動的安全システムを採用しています。[11] 制御棒は、電源喪失事故時に重力によって自動的に挿入されます。全館電源喪失事故時には、自然対流によって炉心を冷却します。緊急冷却には外部からの給水は必要ありません。炉心の燃料被覆管に炭化ケイ素を使用することで、事故発生時に水素が発生しないことが保証され、現行の原子炉で使用されているジルカロイ金属被覆管と比較して、より長い対応時間が可能になります。
地下に建設することで、テロやその他の脅威に対する工場の安全性とセキュリティが向上します。
EM2の高い動作温度は、石油化学燃料製品やバイオ燃料、水素などの代替燃料にプロセス熱を供給することができます。[12]
参照
参考文献
- ^ ローガン・ジェンキンス (2013年1月10日). 「ジェンキンス：サン・オノフレの老朽原子炉を代替する有望な若手候補」サンディエゴ・ユニオン・トリビューン. 2013年1月19日閲覧。
- ^ フリーマン、マイク（2010年2月24日）「同社、小型原子炉の計画を策定」サンディエゴ・ユニオン・トリビューン
- ^ 「先進原子炉」ジェネラル・アトミックス. 2018年2月19日閲覧。
- ^ 「処分の不確実性から廃棄物燃焼炉への注目が高まる - 軽水炉燃料を燃焼させるEM2」、Nuclear New Build Monitor、2010年3月15日
- ^ Choi, H. (2013). 「超長期燃料サイクルを備えた小型ガス冷却高速炉」.原子力施設の科学技術. 2013 : 1–10 . doi : 10.1155/2013/618707 .
- ^ 「先進原子炉」ジェネラル・アトミックス. 2018年2月19日閲覧。
- ^ Choi, H. (2013). 「超長期燃料サイクルを備えた小型ガス冷却高速炉」.原子力施設の科学技術. 2013 : 1–10 . doi : 10.1155/2013/618707 .
- ^ スミス、レベッカ（2010年2月22日）「ジェネラル・アトミックス、核廃棄物で稼働する原子力発電所を提案」ウォール・ストリート・ジャーナル
- ^ パーメントーラ、ジョン（2010年3月11日）「『原子力は環境に優しい選択肢ではない。放射性廃棄物を排出し、採掘に危険なウランを必要とし、莫大な費用がかかる』という意見に対する読者への手紙」ロサンゼルス・タイムズ。
- ^ フェアリー、ピーター（2010年5月11日）「7. 原子力発電所の小型化 - モジュール設計は「倍数経済」を活用し、小型原子炉の収益性を高める」IEEE Spectrum。
- ^ 「先進原子炉」ジェネラル・アトミックス. 2018年2月19日閲覧。
- ^ 「小型原子力発電炉」世界原子力協会（WNA）2010年8月。2013年2月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2010年9月9日閲覧。
外部リンク
- 公式サイト
- 2011-11-28: カリフォルニア大学バークレー校原子力工学部におけるEM2原子炉に関するプレゼンテーション、ustreamビデオ 前回のプレゼンテーション
- 2015-05:ゼネラルアトミックス社の上級副社長による科学・宇宙・技術委員会での証言:[1]
