アメリカのトップ研究機関が、ZiaCore 高度核マイクロリアクターを臨界状態に進めることに成功し、低濃縮ウランリアクター設計の重要なマイルストーンを示しました。ロスアラモス国立研究所で行われた原理検証実験は、高温・ゼロ出力の臨界状態を達成し、リアクターコアの物理特性を確認しましたが、発電は行われませんでした。この成果は ZiaCore 設計に重要な検証を提供し、次世代のコンパクトな核マイクロリアクターの開発を支援することが期待されています。ロスアラモス核エネルギープロジェクトオフィスのディレクター、クリストファー・スタニックは声明の中で、「この実験は、低濃縮リアクター技術に使用される貴重なデータを提供し、ロスアラモスが開発したコンポーネントを代表的なリアクター温度で使用することを確認します。」と述べました。
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ZiaCoreが臨界状態に成功
ロスアラモス国立研究所は、ZiaCore 高度核マイクロリアクターの重要なマイルストーンを成功裏に示し、このコンパクトなリアクターデザインをネバダ州の国家臨界実験研究センター (NCERC) の原理検証テストで高温・ゼロ出力の臨界状態に進めました。この成果は、リアクターの基本的な物理特性を検証し、コンパクトな核電力システムの開発における重要なステップを示しています。これらのシステムは、遠隔地、軍事施設、工業施設、及び他の伝統的なリアクターが実用的でない用途に対して、信頼性の高い低炭素エネルギーを提供することを目的としています。
従来の核リアクターとは異なり、ZiaCoreは工場で製造可能なマイクロリアクターとして設計されており、コンパクト性、燃料効率、及び簡素な展開を強調しています。このシステムは、低濃縮ウラン二酸化物燃料を使用し、ジルコニウム水素化物を中性子減速剤として使用して裂変反応を維持し、受動的熱管冷却システムを採用しており、複雑な能動冷却システムを必要とせずに熱を移動させることができます。この構造は、建設の複雑性を低下させつつ、運用の安全性を向上させることを目的としています。
ZiaCore技術の開発は2021年に始まり、低濃縮ウランで効果的に運転できるリアクターを作成することを目的とし、製造可能で展開可能な実用性を維持しています。この設計は、高濃縮低ウラン (HALEU) にも対応しており、ウラン-235の含有量が20%未満であるため、商業供給が一般的に利用可能になれば、HALEUは燃料効率を向上させ、次世代リアクターの運転寿命を延ばすと期待されています。
核設計が検証される
最近のデモでは、研究者たちは専用に設計された真空室内でフルサイズのリアクターコアを組み立てました。この室内には燃料コンポーネント、熱管、ジルコニウム水素化物中性子減速剤、燃料要素、及びカスタム電気ヒーターが含まれています。全てのコンポーネントはその後、NCERCのDeimos臨界テストプラットフォームに設置され、4月と5月の4週間にわたって一連の実験が行われました。リアクターの温度が800度を超えた後、ゼロ出力の臨界状態に達しました。この段階では、リアクターは制御可能な核連鎖反応を維持しましたが、裂変から測定可能な熱量はほとんど生成されず、研究者たちは発電操作に入ることなくリアクターの挙動を検証することができました。
テストは、リアクターの中性子挙動が設計予測と一致することを確認し、反応性温度係数を測定するための貴重な実験データを提供しました。これは、リアクターの反応性が温度上昇に伴って変化することを評価するための重要なパラメータです。これらの測定は、リアクター安全モデルの検証、シミュレーション精度の向上、及び将来の許可と商業展開を支援するために重要です。
ゼロ出力臨界実験から生成される熱量は微々たるものであり、放射性裂変生成物もごくわずかしか放出されないため、リアクターフuelはほとんど変わらず、さらなるテストに再利用可能です。これにより、エンジニアはより高出力のデモに入る前にリアクターデザインを引き続き改善することができます。ロスアラモスによれば、ZiaCoreプロジェクトは、先進的なリアクター技術が熱管、リアクターマテリアル、製造、及び臨界テストにおける実験室の専門知識をどのように活用できるかを示しています。この成功した実験は、ZiaCoreに貴重なデータをもたらすだけでなく、開発中の低濃縮ウランマイクロリアクターの一連の支援を提供し、将来の電力システムにおける先進的な核エネルギーの役割を拡大することが期待されています。