材料試験炉

材料試験炉（MTR）
原子力産業を支える基礎情報を提供した初期の原子炉
世代1
原子炉のコンセプト軽水炉
状態廃止
位置アイダホ州国立原子炉試験所
座標北緯43度35分10秒 西経112度57分46秒 / 北緯43.58611度、西経112.96278度 / 43.58611; -112.96278
原子炉コアの主なパラメータ
燃料（核分裂性物質）235ウ
燃料状態U-Al板
中性子エネルギースペクトルサーマル
主な制御方法カドミウム
主なモデレーター軽水
一次冷却材水
原子炉の使用
主な用途原子炉研究、放射性同位元素製造
電力（熱）40MWt
重要度（日付）1952年3月31日[ 1 ]
オペレーター/オーナーフィリップス石油会社

材料試験炉（MTR）は、将来の原子炉の構想と設計を促進するために特別に設計された初期の原子炉でした。 [ 2 ]原子力産業の基礎となる基礎的な照射データの多くを生み出しました。1952年から1970年までアイダホ州の国立原子炉試験所で稼働し、2011年に完全に廃止されました。[ 3 ]

設計と管理の歴史

MTRの設計は1944年、クリントン研究所（現オークリッジ国立研究所）で、当初は核分裂生成物の製造を目的として開始されました。構想は50kWの均質型原子炉から重水冷却減速炉心へと進化し、その後ユージン・ウィグナーの提案により30MWの軽水冷却減速炉心へと発展しました。[ 1 ]

オークリッジには、設計検証のため低出力試験炉（LWR）と呼ばれる原子炉の実物大模型が建設されたが、原子力委員会は1947年12月27日、すべての原子炉開発をアルゴンヌ国立研究所（ANL）に集中させると発表した。1948年11月、ANLに対しMTR計画を進めるよう指示が出された。[ 1 ]原子力委員会保障措置委員会は、ANLの予定地における原子炉の高出力化による大量の核分裂生成物の放出の可能性について懸念を表明したため、原子炉の建設地はアイダホ州アルコ近郊の新しい原子炉試験所に移された。[ 4 ]

1949年7月、ブロー・ノックス社が設計・施工業者として選定され、工学設計を完了した。 1950年2月にはフルオル社が建設請負業者として契約を結んだ。MTRは1950年5月に着工し、1952年2月に完成した。最初の実験は1952年8月2日に原子炉内に設置された。[ 1 ]

原子炉

材料試験炉タンクの断面図
材料試験炉の燃料集合体
MTRで使用される冷却回路

この原子炉は、アルミニウムで被覆された金属板状のウラン・アルミニウム燃料からなる高濃縮ウラン炉心を有していた。18枚の燃料板が燃料集合体に組み合わされ、炉心は21～23体の燃料集合体で稼働していた。原子炉は、燃料要素にポンプで送り込まれる水によって冷却・減速された。[ 4 ]

炉心はアルミニウム製のタンクに収められたベリリウム中性子反射体で囲まれていた。タンクの外側にはグラファイトボールとブロックグラファイトで満たされた空間があった。グラファイトは中性子を熱中性子化して炉心内へ反射し、熱中性子を多数の実験設備を設置できるほどの広さの領域に閉じ込める役割を果たした。[ 2 ]グラファイトの周囲には鋼鉄製の熱シールドが、さらにその周囲には厚さ9フィート（約2.7メートル）のコンクリート製生体シールドが配置されていた。[ 4 ]

グラファイトは強制空気流によって冷却された。この空気は中性子によって活性化され、1日あたり約1500立方メートルのアルゴン41を含み、原子炉の風下に位置する高さ250フィートの排気筒から排出された。[ 4 ]

原子炉、制御室、実験施設、燃料管理管は原子炉建屋に囲まれていた。

中性子束は熱中性子（反射体内）で約2e14、高速中性子（E > 1 MeV）で約1e14であった。[ 4 ]

各集合体に含まれるウランの約25%は、除去が必要になる前に消費されました。集合体は、未使用のウランを回収するための化学分離プロセスへの輸送準備として、原子炉の運河内で水中鋸を用いて切断されました。[ 2 ]

実験施設

材料試験炉に組み込まれた実験設備の多くは
タンクの上から見たMTRコアの眺め
MTRの南面

MTR には多種多様な実験設備が含まれていました。

直径6インチの水平ビームホール6基が、活性炉心に隣接して設置された。ビームホール先端には主に照射試験用の物質が充填されていたが、これらの設備は中性子ビーム源としても利用可能であった。HB-6水平ビームホールには、原子核断面積測定に必要な速度選択のための中性子チョッパーが備えられていた。結晶分光計、中性子速度セレクター、冷中性子発生装置などの機器が水平ビームホールに使用された。[ 2 ]

6つのダウンビームホールは、コアの近くに追加の取り外し可能な材料サンプルを配置するためのスペースを提供しました。[ 2 ]

垂直グラファイト穴は、熱中性子場内にサンプルを配置するためにグラファイト反射体に垂直に配置されました。[ 2 ]

熱柱施設は、生物遮蔽板の外面から外側の熱遮蔽板の外面まで伸びる6フィート四方の黒鉛柱で構成されており、内部よりも中性子とガンマ線のレベルの低い穴が多数ありました。[ 2 ]

反応器下方の主管の延長部には、少量のサンプルを反応器に出し入れできる油圧式ラビット装置が設置されていた。このシステムは4本のチューブで構成されていた。圧縮空気で駆動する同様の空気圧式ラビット装置が、ベリリウム反射鏡へのラビットサービスを提供していた。[ 2 ]

アクティブ・ラティス・ファシリティ（ALF）を通じて、燃料集合体に隣接する照射位置が確保されました。これらの位置に配置された物質は、一次冷却水によって冷却されました。[ 2 ]

原子炉遮蔽材の研究のために原子炉の西側にバルク遮蔽施設を設置するように設計されたが、建設経済性を考慮して高密度コンクリートで満たされた。[ 2 ]

貢献と遺産

MTRは運用開始後、常に高い需要がありました。米国の原子力海軍推進プログラム、計画中の原子力爆撃機、原子力委員会（AEC）のサバンナリバー兵器工場の原子炉、そして開発中の原型動力炉のための様々な候補燃料を試験しました。[ 5 ]

1970年までにMTRは15,000回以上の照射実験を実施しました。[ 5 ]

MTRの高い放射能流束は、カリホルニウム252などの超プルトニウム核種を大量に生成するのに理想的でした。MTRは1952年から1958年の間に30マイクログラムのCf-252を生成しました。[ 6 ]

参照

参考文献

  1. ^ a b c d Huffman, JR (1953-10-01). 「材料試験炉の設計」 .アイダホ州オペレーションズオフィス USAEC (IDO-16121-PPC). doi : 10.2172/4406959 . 2020年12月28日閲覧。
  2. ^ a b c d e f g h i j Nertney, RJ (1963-10-01). 「核試験炉の運転の基礎、第2巻 材料試験炉の設計と運転」 .原子炉技術(TID-4500). doi : 10.2172/4004452 . 2020年12月28日閲覧。
  3. ^ 「材料試験炉（MTR）の解体（タイムラプス）」。
  4. ^ a b c d e McLain, Stuart; Winkleblack, RK (1950-06-15). 「材料試験炉の危険性に関する原子力委員会への補足報告書」 .アルゴンヌ国立研究所. ANL-SM-236. doi : 10.2172/12469263 . OSTI 12469263. 2020年12月28日閲覧。 
  5. ^ a b Arrowrock Group Inc. (1997年9月26日). 「アイダホ国立環境工学研究所 歴史的背景と評価の物語と目録」(PDF) .米国エネルギー省アイダホ州事業所(INEEL/EXT–97–01021) . 2020年12月28日閲覧。
  6. ^ Fields, Paul R. (1969). Barker, James J. (編). 252 Cf. 米国原子力委員会技術情報部（報告書）の発見と歴史. 科学技術情報局（OSTI）. doi : 10.2172/4791547 .
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