研究用原子炉

Nuclear device not intended for power or weapons

研究用原子炉は、主に中性子源として利用される核分裂反応を利用した原子炉です。発電、熱発生、船舶の推進などに利用される発電用原子炉とは対照的に、非発電用原子炉とも呼ばれます。

目的

RA-3研究・生産原子炉の炉心の俯瞰図（CNEA、アルゼンチン）

研究炉で生成される中性子は、中性子散乱、非破壊検査、材料の分析・試験、放射性同位元素の製造、研究、普及・教育などに利用されます。医療用または産業用の放射性同位元素を製造する研究炉は、同位体炉と呼ばれることもあります。今日では、ビームライン実験用に最適化された原子炉は、核破砕源と競合しています。

技術的な側面

研究炉は発電炉よりも単純で、低温で稼働する。必要な燃料ははるかに少なく、燃料使用に伴う核分裂生成物の蓄積もはるかに少ない。その一方で、研究炉の燃料にはより高濃縮のウランが必要であり、通常は最大20%のU-235 ^[1]であるが、93%のU-235を使用するものもある。20%の濃縮度は一般に核兵器に使用可能とは考えられていないが、93%は一般に「兵器級」と呼ばれる。また、研究炉は炉心の出力密度が非常に高いため、特別な設計上の特徴が必要となる。発電炉と同様に、炉心は冷却が必要であり、通常は水による自然対流または強制対流が用いられる。また、中性子の速度を遅くして核分裂を促進するために減速材が必要となる。中性子生成が研究炉の主な機能であるため、ほとんどの研究炉では炉心からの中性子の損失を減らすために反射板が用いられている。

低濃縮ウランへの転換

国際原子力機関（IAEA）と米国エネルギー省は、核不拡散政策の一環として、研究炉を高濃縮ウラン（HEU）から低濃縮ウラン（LEU）の使用に転換する手段を開発するプログラムを1978年に開始した。 ^{[2] [3]}当時、米国は「平和のための原子力」プログラムの一環として、41カ国に研究炉と高濃縮ウランを供給していた。2004年、米国エネルギー省は「外国研究炉使用済み核燃料受入プログラム」を2019年まで延長した^。[4]

2016年時点で、米国科学・工学・医学アカデミーの報告書は、すべての研究炉を低濃縮ウラン燃料（LEU）に転換するのは早くても2035年まで完了しないと結論付けています。これは、高中性子束研究炉用の、膨張による破損のない信頼性の高いLEU燃料の開発が予想よりも遅れていることが一因です。^[5] 2020年現在^[update]、高濃縮ウラン研究炉は72基残っています。^[6]

設計者と建設者

1950年代、1960年代、1970年代には研究用原子炉の設計と建設を専門とする企業が数多く存在しましたが、その後この市場の活動は冷え込み、多くの企業が撤退しました。

今日、市場は世界規模で主要プロジェクトを集中させる少数の企業に統合されています。

研究炉に関する最新の国際入札（1999年）は、オーストラリア原子力科学技術機構（Australian Nuclear Science and Technology Organisation：ANOSA ）が主催した、オープンプール型オーストラリア軽水炉（OPAL）の設計、建設、試運転に関する入札でした。事前審査では、カナダ原子力公社（AECL）、INVAP、シーメンス、テクニカトムの4社が選定されました。最終的に原子炉を建設したINVAPがプロジェクトを受注しました。近年、AECLはこの市場から撤退し、シーメンスとテクニカトムの事業はアレバに統合されました。

スイスのローザンヌ連邦エコール工科大学の研究炉CROCUS

研究炉の種類

• 水性均一反応器
• アルゴノート級原子炉
• DIDO級、世界に6基の高中性子束原子炉
• TRIGA は、世界中で 50 を超える導入実績を誇る非常に成功したクラスです。
• カナダのAECLが開発したSLOWPOKE原子炉クラス
• アルゼンチンのINVAPが開発したOPAL原子炉クラス
• AECLが開発し、現在中国から輸出されているSLOWPOKE設計に基づく小型中性子源炉
• エアロジェット・ジェネラル・ニュークレオニクス、201モデル。米国エアロジェット・ジェネラル社が開発。現在、アイダホ州立大学、ニューメキシコ大学、テキサスA&M大学で3基の原子炉が稼働中。

研究センター

完全なリストは、原子炉研究用原子炉のリストでご覧いただけます。

原子炉を運用する研究センター：

原子炉名	国	市	機関	パワーレベル	運用日
BR2リアクター	ベルギー	モル	ベルギー原子力研究センター SCK•CEN	100MW
ブダペスト研究炉[7]	ハンガリー	ブダペスト	ハンガリー科学アカデミーエネルギー研究センター	5MW [7]	1959年[7]
ブダペスト工科大学訓練炉[8]	ハンガリー	ブダペスト	ブダペスト工科経済大学	100kW	1969
ILL高中性子束反応炉	フランス	グルノーブル	ラウエ・ランジュヴァン研究所	63MW [9]
RA-6	アルゼンチン	バリローチェ	バルセイロ研究所/バリローチェ原子センター	1MW [10]	1982年[10]
ZED-2	カナダ	オンタリオ州ディープリバー	AECLのチョークリバー研究所	200ワット[11]	1960
マクマスター原子炉	カナダ	オンタリオ州ハミルトン	マクマスター大学	5MW	1959
国立研究ユニバーサルリアクター	カナダ	オンタリオ州ディープリバー	AECLのチョークリバー研究所	135MW	1957
ペッテン原子炉	オランダ	ペッテン	オランダ原子力研究・コンサルタントグループ、[12] EU共同研究センター	30kWと60MW	1960
オルフェ	フランス	サクレー	レオン・ブリルアン研究所	14MW	1980
FRM II	ドイツ	ガルヒング	ミュンヘン工科大学	20MW	2004
HOR	オランダ	デルフト	デルフト原子炉研究所、デルフト工科大学	2MW
マインツ	ドイツ	マインツ	マインツ大学、ケルンケミー研究所	100kW [13]
トリガマークII [14]	オーストリア	ウィーン	ウィーン工科大学、ウィーン工科大学、アトミンスティトゥート	250kW	1962年[14]
IRT-2000	ブルガリア	ソフィア	ブルガリア科学アカデミーの研究サイト	2MW
オパール	オーストラリア	ルーカスハイツ、ニューサウスウェールズ州	オーストラリア原子力科学技術機構	20MW	2006
IEA-R1	ブラジル	サンパウロ	ペスキーサスエネルギー核研究所	3.5MW	1957
IRT-2000 [15]	ロシア	モスクワ	モスクワ工科物理学研究所	2.5MW [15]	1967年[15]
サファリ1	南アフリカ	ペリンダバ	南アフリカ原子力公社	20MW [16]	1965年[16]
高中性子束先進中性子応用炉	韓国	大田	韓国原子力研究所	30MW [17]	1995年[17]
LVR-15	チェコ共和国	レズ	原子力研究所	10MW [18]	1995年[18]
ノースカロライナ州立大学原子炉プログラム	アメリカ合衆国	ノースカロライナ州ローリー	ノースカロライナ州立大学	1MW [19]	1953年[19]
高中性子束同位体炉	アメリカ合衆国	テネシー州オークリッジ	オークリッジ国立研究所
先進試験炉	アメリカ合衆国	アイダホ州	アイダホ国立研究所	250MW [20]
ミズーリ大学研究原子炉	アメリカ合衆国	ミズーリ州コロンビア	ミズーリ大学	10MW	1966
メリーランド大学訓練炉	アメリカ合衆国	メリーランド州カレッジパーク	メリーランド大学	250kW [21]	1970年[21]
ワシントン州立大学原子炉	アメリカ合衆国	ワシントン州プルマン	ワシントン州立大学	1MW [22]
クロッカス	スイス	ローザンヌ	ローザンヌ連邦工科大学
マリア原子炉	ポーランド	シュヴィエルク・オトヴォツク	国立原子核研究センター	30MW	1974
トリガマーク I	アメリカ合衆国	カリフォルニア州アーバイン	カリフォルニア大学アーバイン校
ITU TRIGA Mark-II 訓練研究用原子炉	七面鳥	イスタンブール	イスタンブール工科大学
ETRR-1	エジプト	インシャス	原子力研究センター	2MW	1961
ETRR-2	エジプト	インシャス	原子力研究センター	22MW	1997
ガーナ研究炉1号機[23]	ガーナ	アクラ	ガーナ原子力委員会国立原子力研究所	30kW

廃止された研究炉:

原子炉名	国	市	機関	パワーレベル	運用日	終了日	廃止
アストラ	オーストリア	セイバースドルフ	オーストリア工科大学	10MW	1960	1999
BER II	ドイツ	ベルリン	ヘルムホルツ・センター・ベルリン	10MW	1973	2019年[24]
コンソート	イギリス	アスコット、バークシャー	インペリアル・カレッジ	100kW	1965年[25]	2012年[26]
JASONリアクター	イギリス	グリニッジ	王立海軍兵学校	10kW	1962	1996
モアタ	オーストラリア	ルーカスハイツ	オーストラリア原子力委員会	100kW	1961	1995
高中性子束オーストラリア原子炉	オーストラリア	ルーカスハイツ	オーストラリア原子力委員会		1958	2007
HTGR（ピンインブロック設計）	イギリス	ウィンフリス、ドーセット	国際原子力機関	20MWt	1964	1976	2005年7月[27]
ダイド	イギリス	ハーウェル、オックスフォードシャー	原子力研究所			1990
原子力発電の実証	カナダ	オンタリオ州ディープリバー	AECLのロルフトン工場	20MW	1961	1987
NRX	カナダ	オンタリオ州ディープリバー	AECLのチョークリバー研究所		1952	1992
PLUTO原子炉	イギリス	ハーウェル、オックスフォードシャー	原子力研究所	26MW	1957	1990
プール試験炉	カナダ	オンタリオ州ディープリバー	AECLのチョークリバー研究所	10kW	1957	1990
WR-1	カナダ	マニトバ州ピナワ	AECLのホワイトシェル研究所	60MW	1965	1985
ジープ	カナダ	オンタリオ州ディープリバー	AECLのチョークリバー研究所		1945	1973
モアホール別館	アメリカ合衆国	シアトル	ワシントン大学	100kW	1961	1988
エヴァ原子炉	ポーランド	シュヴィエルク・オトヴォツク	ポラトム原子力研究所	10MW	1958	1995
FiR 1	フィンランド	エスポー	ヘルシンキ工科大学（ 後のフィンランド技術研究センター）	250kW [28]	1962年[28]	2015年[29]
RV-1	ベネズエラ	カラカス	ベネズエラ科学研究所	3MW	1960	1994
サラスピルス研究炉	ラトビア	サラスピルス	ラトビア科学アカデミー	2kW	1961	1998

参考文献

1. Alrwashdeh, Mohammad, Saeed A. Alameri. 「プレート型原子炉における原子炉モンテカルロ（RMC）モデルの検証とMCNPとの比較」AIP Advances 9, no. 7 (2019): 075112. https://doi.org/10.1063/1.5115807
2. 「小型中性子源研究炉（MNSR）の低濃縮ウラン（LEU）への転換に関するCRP」。核燃料サイクルと廃棄物技術。国際原子力機関（IAEA）。2014年1月13日。2018年6月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年10月25日閲覧。
3. 「研究・試験炉における濃縮度削減」国家核安全保障局。2004年10月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。
4. 「米国の海外研究炉使用済み核燃料の受け入れ」。国家核安全保障局。2006年9月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。
5. Cho, Adrian (2016年1月28日). 「研究炉から高濃縮ウランを除去するには、予想より数十年かかる」. Science . 2020年4月13日閲覧。
6. 「IAEA、研究炉の転換作業を強調」World Nuclear News、2020年2月24日。 2020年4月13日閲覧。
7. 「ブダペスト研究炉 | ブダペスト中性子センター…研究、科学、イノベーションのために！」www.bnc.hu . 2018年2月15日閲覧。
8. “Institute for Nuclear Technology”. reak.bme.hu . 2019年9月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。2019年9月11日閲覧。
9. 「原子炉」pd.chem.ucl.ac.uk . 2018年2月15日閲覧。
10. "RA-6 de Argentina" (ヨーロッパスペイン語). 2018年2月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年2月15日閲覧。
11. 「研究炉 - カナダ原子力協会」カナダ原子力協会. 2018年2月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年2月15日閲覧。
12. 「高中性子束原子炉 - 欧州委員会」ec.europa.eu . 2013年2月13日. 2018年2月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年2月15日閲覧。
13. マインツ、ヨハネス・グーテンベルク大学。「原子炉」。www.kernchemie.uni -mainz.de（ドイツ語）。2018年2月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年2月15日閲覧。
14. "ATI : Reactor". ati.tuwien.ac.at . 2018年2月15日閲覧。
15. 「原子炉 | 国立原子力研究大学MEPhI」。eng.mephi.ru . 2018年2月15日閲覧。
16. "SAFARI-1". www.necsa.co.za . 2018年1月31日時点のオリジナルよりアーカイブ。2018年2月15日閲覧。
17. 「高フラックス先進中性子応用炉（HANARO）｜施設｜NTI」www.nti.org . 2018年2月15日閲覧。
18. "研究炉 LVR-15 | Centrum výzkumu Řež". cvrez.cz。 2018-02-16 のオリジナルからアーカイブ。2018年2月15日に取得。
19. 「歴史 - 原子炉計画」。原子炉計画。 2018年7月17日閲覧。
20. 「ATRファクトシート」（PDF）アイダホ国立研究所。 2008年7月3日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2008年2月28日閲覧。
21. 「メリーランド大学訓練用原子炉（MUTR）｜250kW TRIGA原子炉｜メリーランド大学放射線施設」radiation.umd.edu/。2018年6月11日閲覧。
22. 「ワシントン州立大学原子力科学センター」nsc.wsu.edu . 2019年8月6日閲覧。
23. 「研究炉データベース - GHARR-1」.国際原子力機関. 2018年2月15日閲覧。
24. “Ende der Neutronen-Ära”. pro-physik.de (ドイツ語) 。2024 年 4 月 14 日に取得。
25. 「CONSORT原子炉の廃止措置：核分裂から燃料消失まで」Imperial.ac.uk . 2024年10月14日閲覧。
26. 「英国の研究炉、完全廃止」world-nuclear-news.org 2024年2月28日. 2024年10月14日閲覧。
27. “Winfrith's DRAGON loses its fire”. www.nda.gov.uk . 2012年10月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2022年1月12日閲覧。
28. Karlsen, Wade; Vilkamo, Olli (2016年12月14日). 「フィンランドの旧型原子力研究炉が廃止へ ― 新原子力安全センター建設中」VTT Impulse . 2018年2月22日閲覧。
29. 「研究炉データベース」国際原子力機関. 2018年2月22日閲覧。

• WNA情報ペーパー#61:研究用原子炉 2013年2月28日アーカイブ - Wayback Machine
• 核不拡散：DOEは、民間研究炉における兵器用ウランの使用をさらに削減するための措置を講じる必要がある、GAO、2004年7月、GAO-04-807

外部リンク

• IAEAによる世界の原子炉研究施設の検索リスト
• 国立試験・研究・訓練用原子炉機構
• NMI3 - EU-FP7 中性子散乱およびミューオン分光のための統合インフラストラクチャイニシアチブ

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