中国のエンジニアが純ヘリウムを駆動源とするメガワット級タービンを利用して発電に成功しました。この施設は中国核工業グループの子会社CNNC華興によって建設され、中国で初めてヘリウムを主流体として高容量タービンに電力を供給する試みです。このテストは、設計段階から小型ガス冷却炉を生産段階へと進めるために必要な工学データを提供しました。従来の発電所は蒸気やオープンサイクルガスシステムに依存し、作業流体を一度きりで排出しますが、このテスト施設は閉じたブレイトンサイクルシステムを採用しています。
設計上、このシステムは密閉されたパイプネットワーク内で純ヘリウムを捕らえます。ガスを継続的に循環させることで、熱損失を防ぎ、安定した内部圧力を維持します。ヘリウムは高温の核環境において独特の物理的利点を持っています。化学的に不活性で、極端な温度下でも内部炉部品を腐食させず、炉心から大量の熱を直接吸収することができます。ヘリウムは軽量で、加熱されると急速に膨張し、最小限のエネルギー損失で専用のタービンブレードを駆動します。CNNCは「従来のオープンサイクルシステムの『使い捨て』作業モードとは異なり、このテストプラットフォームは正確で厳密な『エネルギースケジューラー』であり、ヘリウムが閉じたパイプシステム内で繰り返し循環することを可能にし、作業効率と安定性を大幅に向上させます。」と述べています。
ヘリウム駆動タービンの設計と課題
しかし、ヘリウムの貯蔵には正確な工学設計が必要です。ヘリウム原子の体積が小さいため、エンジニアは高圧に耐える密閉回路を設計し、微小な漏れを許さないようにしなければなりません。このテストプラットフォームの建設には土木工学と専門的な核ハードウェアの緊密な統合が必要です。CNNC華興は、高速タービンシステム内でミクロン単位のアライメントを維持し、重い構造部品を組み立てなければなりません。タービン部品がわずかにミリ単位でもずれると、激しい回転速度が深刻な振動を引き起こし、ヘリウムのシールを破壊する可能性があります。作業者は、圧力シールの境界を形成するために、各パイプ接合部を溶接し、検査します。
CNNC華興は「テストプラットフォームプロジェクトの学際的な構築、複雑な土木工事、特殊な配管の建設、ミクロン単位の取り付け精度の要求など、一連の技術的課題に直面し、CNNC華興はプロセスの最適化と技術の突破に依存し、様々な建設の困難を一つ一つ克服し、プロジェクトの建設を成功裏に完了しました。」と指摘しています。この機械設置により、研究者は初期の冷却検査から全温度発電への移行を安全に行うことができました。
この試験は、世界的に高温ガス冷却型小型炉へのより広範な移行を強調しています。アメリカでは、空軍が最近NANO Nuclear Energyを選び、そのKRONOS小型炉技術を軍事基地に適用しています。中国のテスト施設と同様に、KRONOSの設計は惰性ヘリウムを使用して炉心を冷却します。ヘリウムが冷却媒体として水の代わりに使用されるため、これらの炉は川や海岸の近くに建設する必要がありません。この柔軟性により、コンパクトなオフグリッド核発電機が孤立した軍事基地や遠隔地の工業地帯で運用できるようになります。