NRX

NRX（国立研究実験炉）は、​​カナダのチョークリバー研究所にあった重水減速、軽水冷却の研究用原子炉で、1947年に設計出力10MW（熱出力）で稼働を開始し、1954年には42MWに増加した。建設当時はカナダで最も高価な科学施設であり、世界で最も強力な原子炉であった。[ 1 ] NRXは、その熱出力と発生する自由中性子 の数で注目に値した。1940年代後半、NRX原子炉は世界最高の中性子束を誇り、重水減速材の使用により物理的サイズが小型化されたため、同等の出力の黒鉛原子炉の10～20倍に相当した。[ 2 ]

1952年12月12日、NRXはロシア以外では世界初の大規模原子炉事故に見舞われました。この原子炉は1947年7月22日にカナダ国立研究会議（NRC）の管轄下で運転を開始し、1952年の事故直前にカナダ原子力公社（AECL）に引き継がれました。事故は後処理され、原子炉は2年以内に再稼働しました。NRXは45年間運転を続け、1993年3月30日に永久的に閉鎖されました。[ 3 ]チョークリバー研究所の敷地内では、現在廃止措置が進められています。

NRXは、カナダ初の原子炉ZEEPの後継機でした。研究用原子炉の運転寿命はそれほど長くないと予想されていたため、1948年に後継施設である国立研究用万能原子炉（National Research Universal）の建設計画が開始され、1957年に自立運転（いわゆる「臨界」）を開始しました。

デザイン

重水減速炉は主に2つのプロセスによって作動します。まず、水は核分裂によって生成された中性子を減速（減速）し、高エネルギー中性子がさらなる核分裂反応を引き起こす可能性を高めます。次に、制御棒は中性子を吸収し、通常運転中に出力レベルを調整したり、原子炉を停止させたりします。制御棒を挿入するか、重水減速材を取り外すことで、反応を停止させることができます。

NRX原子炉には、直径8.75フィート（2.667メートル）、高さ10.5フィート（3.20メートル）の密閉された垂直アルミニウム円筒形容器であるカランドリアが組み込まれていました。 [ 4 ]カランドリア容器には内径2-1/4インチ (57.15 mm) のカランドリア管が198本、上部の管板と下部の管板に六角格子状に接続されていました。[ 5 ]カランドリアには約3,300米ガロン (12,491 リットル) の重水が含まれており、ウラン燃料の負荷は10.5ショートトン (9,525 kg) でした。ヘリウムカバーガスは重水システムの通気とガス状放射化生成物の再結合システムに運ぶために使用されました。空気は照射されると腐食性の硝酸が生成されるため、カバーガスとして使用できませんでした。[ 6 ]原子炉内の重水レベルは、出力レベルの設定に役立てるために調整できました。燃料要素または実験物は垂直の管内に配置され、空気に囲まれていました。この設計はCANDU原子炉の先駆けでした。

燃料要素には長さ120.5インチ（3.060m）の燃料棒が含まれており、燃料セグメントの直径は1.360インチ（34.54mm）で、外側のアルミニウム製燃料シースの直径は燃料棒の種類に応じて1.66～1.74インチ（42.16～44.20mm）でした。[ 7 ]燃料要素の周囲にはアルミニウム製の冷却管があり、オタワ川から最大3,500英ガロン（15,900リットル）の冷却水が流れていました。70,000ポンド/時（32,000kg/時）の空気流量が、内側と外側の反射体の間の空間（Jロッド環状部と呼ばれる）を流れてグラファイト反射体シールドを冷却するために使用されました。[ 8 ]

12本の垂直管には、鋼管の中に炭化ホウ素粉末製の制御棒が収められていた。これらの制御棒は上下に動かすことで反応を制御することができ、7本挿入するだけで十分な中性子を吸収し、連鎖反応を起こさないようにすることができた。制御棒は電磁石で保持されており、停電時には制御棒が管内に落下して反応を停止させる。空気圧システムによって、上から空気圧で制御棒を急速に炉心内に押し込んだり、下からゆっくりと炉心から押し出したりすることが可能だった。4本はセーフガードバンクと呼ばれ、残りの8本は自動制御された。[ 9 ]

歴史

NRXとZeepの建物 1945

NRXは一時期、世界最強の研究炉として君臨し、カナダを物理学研究の最前線へと押し上げました。第二次世界大戦中のイギリス、アメリカ、カナダの共同事業から生まれたNRXは、新たな同位体の開発、物質や燃料の試験、そして中性子線ビームの生成に使用された多目的研究炉であり、当時発展しつつあった凝縮系物理学の分野において不可欠なツールとなりました。

NRXの原子核物理設計は、カナダ国立研究評議会モントリオール研究所から生まれました。この研究所は第二次世界大戦中にモントリオール大学に設置され、カナダ、イギリス、その他のヨーロッパの科学者チームを極秘の重水炉研究に従事させました。NRXを現在のチョークリバー研究所に建設することが決定された際、詳細なエンジニアリング設計はカナダ国防産業有限会社（DIL）に委託され、同社は建設をフレーザー・ブレイス社に下請けしました。

癌の放射線治療の初期には、NRX原子炉は世界で唯一のコバルト60同位体の供給源であり、1951年に初めて腫瘍への照射に使用されました。[ 10 ]

1994 年、バートラム ブロックハウス博士は、1950 年代に NRX で行った、凝縮物質研究における中性子散乱の分野で使用される検出および分析技術の進歩により、 ノーベル物理学賞を共同で受賞しました。

この設計に基づいて、インドでCIRUS原子炉が建設されました。この原子炉は最終的に、インドのスマイリング・ブッダ核実験のためのプルトニウム生産に使用されました。[ 11 ]

事故

1952年12月12日、NRX原子炉は操作ミスと遮断システムの機械的トラブルにより部分的なメルトダウンを起こした。試験のため、一部の燃料チャネルは高圧水冷却から切り離され、ホースで仮設冷却システムに接続されていた。低出力のチャネルの1つは空気流のみで冷却されていた。 [ 12 ]

低出力で炉心を通る冷却材の流量が低い状態での試験中、監督者は数本の制御棒が炉心から引き抜かれているのに気づいた。地下室の作業員が空気圧弁を誤って開けていたのである。誤って開かれた弁はすぐに閉じられたが、数本の制御棒は炉心に戻らず、ほぼ引き抜かれた位置で動かなくなっていた。しかし、まだ十分に低い位置にあったため、状態表示灯が下げられていることを示した。監督者と制御室作業員の間の意思疎通不足により、監督者が制御棒を炉心に下げるよう指示した際に、誤ったボタンが押されてしまった。引き抜かれた制御棒を空気圧システムに密封する代わりに、4本の制御棒からなる安全装置バンクが誤って炉心から引き抜かれてしまった。作業員は出力レベルが指数関数的に増加し、2秒ごとに倍増していることに気づき、原子炉を停止させた。しかし、安全装置制御棒3本は炉心に挿入されず、出力が上昇し続ける中、4本目の挿入に約90秒という異常に長い時間がかかった。わずか 10 秒後、炉心は 17MW(熱)に達した。仮設冷却システムに接続された一部のチューブで冷却水が沸騰し、そのうちのいくつかは破裂した。原子炉の正のボイド係数がさらなる出力増加を招いた。約 14 秒後、バルブが手動で開かれ、カランドリアから重水減速材が排出された。これが効力を発揮するのに時間を要したため、出力はさらに 5 秒間増加し、推定 100MW でピークに達した後、減速材のレベルが低下するにつれて低下し、25 秒後にゼロになった。出力低下から出力上昇、そして出力ゼロまでの事故は約 108 秒を要した。その間に、一部の燃料要素が溶融し、数箇所で穴が開いた。ヘリウム カバー ガスが漏れ、内部に空気が吸入された。放射線誘起冷却水の分解により水素およびその他のガスが発生し、3～4 分後、カランドリアで酸水素爆発が発生した。事故発生時、一部の気体核分裂生成物が大気中に放出され、カランドリア内の重水が冷却水と核分裂生成物で汚染された。[ 12 ]

燃料の崩壊熱を除去するため、水冷却システムは稼働を続け、汚染された冷却材が原子炉建屋の地下室に漏れ出しました。その後数日間、約4,500立方メートル（1,200,000米ガロン）の水に含まれる約10キロキュリー（400 テラベクレル）の放射性物質が原子炉建屋の地下室に蓄積されました[ 12 ] 。 [ 13 ]

原子炉建屋の清掃には数ヶ月の作業が必要で、リックオーバー提督が米国の原子力潜水艦隊の人員を派遣して放射能汚染の清掃について学ぶ許可を要請したことを受けて、150名の米海軍隊員の支援を受けた。米国派遣団には、当時米国の原子力潜水艦計画で中尉として12名の隊員を率いていた、将来の米国大統領ジミー・カーターも含まれていた。 [ 14 ]修復不可能なほど損傷したNRX原子炉の炉心とカランドリアは撤去・埋設され、改良された代替物が設置された。改修された原子炉は事故から14ヶ月と5日後に運転を開始した。[ 15 ]清掃作業は主にカナダ原子力庁のスタッフ850名が担当し、約170名のカナダ軍人、150名の米軍人、および20社の請負業者の支援を受けた。[ 12 ] [ 16 ]

1952年の事故から得られた教訓は、原子炉の安全性の分野を大きく進歩させ、[ 17 ]、そこで強調された概念（安全システムの多様性と独立性、確実な停止能力、[ 17 ]マンマシンインターフェースの効率性）は原子炉設計の基礎となった。この事故は、世界初の過酷な原子炉事故であった。[ 12 ]

参照

参考文献

  1. ^ 「科学研究が第二次世界大戦の戦争遂行に寄与 - カナダ国立研究会議」 。 2008年2月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2007年9月6日閲覧。
  2. ^エグルストン、ウィルフレッド（1965年）『カナダの核物語：クラーク・アーウィン社』273ページ
  3. ^ 「IAEA研究炉データベース」 。 2017年10月19日閲覧。
  4. ^ 「報告書CRIO-1043：NRX原子炉の概要、EAG Larsen、1961年7月」（PDF） 。 2025年12月29日閲覧。
  5. ^ 「報告書CRIO-1043：NRX原子炉の概要、EAG Larsen、1961年7月」（PDF） 。 2025年12月29日閲覧。
  6. ^エグルストン、ウィルフレッド（1965年）『カナダの原子力物語：クラーク・アーウィン社』p.188
  7. ^ 「報告書CRIO-1043：NRX原子炉の概要、EAG Larsen、1961年7月」（PDF） 。 2025年12月29日閲覧。
  8. ^エグルストン、ウィルフレッド（1965年）『カナダの原子力物語：クラーク・アーウィン社』p.188
  9. ^ 「AECL報告書DR-32：1952年12月12日のNRX原子炉事故、WB Lewis、1953年7月」（PDF） 。 2025年12月29日閲覧。
  10. ^ Semeniuk, Ivan (2023年3月19日). 「ジミー・カーターとカナダの原子力関係」 .グローブ・アンド・メール. 2023年11月17日閲覧。がん放射線療法の初期には、カナダは世界で唯一、放射性同位元素コバルト60の供給源を提供していました。このコバルト60は、1951年にカナダの研究者によって初めて腫瘍への照射に使用されました。
  11. ^リッチルソン、ジェフリー・T.（1999年3月）『核爆弾へのスパイ活動：ナチス・ドイツからイラン、北朝鮮までのアメリカの核情報活動』 WWノートン、ISBN 978-0-393-05383-8。
  12. ^ a b c d eメリッサ・ギレメット (2022年7月13日). 「チョーク川：忘れられた核事故 | The Walrus」 . The Walrus . 2023年3月4日閲覧。
  13. ^原子力入門 - コリアー、ジェフリー・ヒューイット - Googleブックス. Books.google.cz. 2013年12月6日閲覧。
  14. ^ 「アメリカの経験：スリーマイル島のメルトダウン」 PBS 。 2007年6月29日閲覧。
  15. ^ Jedicke, Peter (1989). 「NRX事件」 .カナダ原子力協会. ロンドン、オンタリオ州：ファンショー・カレッジ. 2019年6月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2019年6月4日閲覧。
  16. ^ 「ジミー・カーターとNRX事故 ― 伝説はいかにして育まれるか ― カナダ原子力遺産保存協会」 2021年12月23日. 2024年3月18日閲覧。
  17. ^ a b Winfield, DJ; Alsop, CA (2003)、「安全システム試験頻度の最適化」、研究炉の利用、安全、廃止措置、燃料および廃棄物管理、国際原子力機関、p. 39、CiteSeerX 10.1.1.127.961 

北緯46度03分06秒 西経77度21分49秒 / 北緯46.05167度、西経77.36361度 / 46.05167; -77.36361

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