アメリカのオークリッジ国立研究所（Oak Ridge National Laboratory、ORNL）のクアルコム高フラックス同位体炉（High Flux Isotope Reactor、HFIR）は、新型および現役の原子力発電所に必要な燃料の開発と検証作業を加速するための重要な施設となることが期待されています。HFIRは、全米で数少ない実験燃料と材料を高強度の中性子環境にさらすことができる研究炉の一つであり、生成される実験データは燃料開発者、公益事業者、アメリカ原子力規制委員会（Nuclear Regulatory Commission）の監視検証プロセスに技術的支援を提供します。
3つの照射区域が異なるタイプの実験をサポート
HFIRは、世界で最も高いフラックスを持つ定常状態の研究炉の一つであり、その強力な中性子フラックスにより、科学者は異なる中性子エネルギー範囲で材料特性を研究し、商業炉内部の燃料が受ける条件の一部を模擬することができます。施設内には3つの主要な照射区域が設けられており、体積が小さく構造が比較的簡単な「ウサギ」型カプセルは迅速に設計、組み立てられ、反応炉の中央フラックストラップに投入され、サンプルが最高の中性子照射量を受けることができます。一方、取り外し可能なベリリウム反射体区域と永久的な区域は、より大きく、より複雑な実験装置を収容でき、センサー、計器、サンプルに到達する中性子スペクトルを調整するための熱中性子遮蔽装置を含みます。
オークリッジの研究者は、この反応炉を利用して分離効果テストを行い、個別の燃料挙動を研究し、複数の相互作用のプロセスを評価するための統合テストも行っています。以前HFIRで行われた研究は、高温ガス冷却炉で使用される三層各向同性（TRISO）球形燃料粒子の構造の基礎を築きました。近代化されたアップグレードにより、HFIRの制御実験能力がさらに拡張され、精度が向上しました。ORNLの材料照射施設は、吹き出しガスの混合比を制御して実験温度を調整し、単一の実験で複数の温度領域を独立して管理できるようになっており、自動化システムが温度、圧力、ガス成分を継続的に測定します。
研究者はまた、実験の進行状況を遠隔で監視し、照射中に操作条件を調整することができます。
実験データは燃料監視検証プロセスを支援
上記の技術能力は、TRISO燃料が照射中に放出する分裂ガスを検出するために応用されており、HFIRは複数の精密実験を同時に支援することができ、単回のテストサイクルで収集できるデータ量を増加させています。この反応炉のフラックストラップは、大規模な燃料被覆照射実験も収容でき、科学者が中性子照射下での燃料とその周囲の材料の挙動を研究するのを支援します。HFIRから生成されるデータは、NRCが新型核燃料を評価する際に基づく技術報告に組み込まれ、分裂ガスの放出、燃料の微視的構造変化、燃料と被覆層との相互作用などの分野をカバーします。
HFIRの地理的位置は、コーティング粒子燃料開発ラボ、低活性材料開発および分析ラボ、照射燃料検査ラボ、照射材料検査およびテスト施設など、複数のORNL施設に近接しており、核材料の製造、検査、分析に使用されます。反応炉と関連するラボは、初期の実験から監視検証への完全な道筋を形成しています。『Nuclear Engineering and Design』に掲載された論文は、テネシー州に設置されたこのエネルギー省の研究炉が、継続的に積み重なった燃料テストの需要に対処するのを支援できると指摘しており、論文は、公益事業者がより長い発電所の寿命を追求し、開発者が先進的な炉の商業展開に向けて準備を進める中で、HFIRをより戦略的に活用することが、
増大するテスト需要を満たすのに役立つと考えています。