A2W (原子炉)

A2W原子炉：アメリカ海軍原子力空母の心臓部

アメリカ海軍の原子力空母、特に世界初の原子力空母「エンタープライズ (CVN-65)|エンタープライズ_(CVN-65)」に搭載されたA2W原子炉は、艦船の推進と発電を担う重要なシステムです。この記事では、A2W原子炉の設計、仕組み、そしてその運用について詳しく解説します。

A2W型式の解説

A2Wという型式には、それぞれの文字が意味を持っています。

A: 航空母艦用を示します。
2: ウェスチングハウス社による原子炉炉心設計の世代を表します。ウェスチングハウス社はA2W原子炉の設計メーカーです。
* W: ウェスチングハウス社（Westinghouse）を指します。

エンタープライズには、4つの推進装置が搭載されており、それぞれ2基のA2W原子炉で構成されていました。これらの推進装置は1A-1B、2A-2B、3A-3B、4A-4Bとナンバリングされ、1基の原子炉で30ノット（最大33ノット）までの速度をカバーできました。最大速度での航行や艦載機のカタパルト射出時には、両方の原子炉を稼働させていました。

設計と主要構成要素

A2W原子炉は加圧水型原子炉であり、高濃縮ウラン（最大93％）を燃料として使用していました。軽水を減速材兼冷却材として、ハフニウム製の制御棒で原子炉の出力を制御します。制御棒を引き抜くことで核分裂反応が開始され、発生した熱によって蒸気発生器で蒸気を生成します。

原子炉出力の制御は、制御棒の高さ調整によって行われます。制御棒を完全に挿入することで原子炉は停止します。通常時はゆっくりと制御棒の高さを調整しますが、緊急時には制御棒を一気に落下させることで緊急停止（スクラム）を行います。

安全性と出力制御

A2W原子炉は、水の負の温度係数を利用した出力制御機構も備えています。水の温度上昇に伴い密度が低下すると、中性子の減速効率が下がり、核分裂反応速度が低下し、結果として原子炉出力が下がります。逆に、水温が低下すると密度が増加し、出力は上昇します。この特性により、艦の電力需要変動への追従性が向上し、運転員の負担を軽減していました。

熱交換と蒸気タービン

原子炉で加熱された一次冷却水は、蒸気発生器で二次冷却水に熱を伝達し、蒸気を生成します。一次冷却水の温度は274～285℃に制御され、279℃、4MPaの蒸気が生成されます。4台の電動ポンプが、原子炉1基あたり、この一次冷却水を循環させます。

生成された4MPaの高圧蒸気は、主推進タービン、発電機、カタパルト、その他の補機に供給されます。主推進タービンでは、蒸気の膨張エネルギーによってタービン軸を回転させ、減速機を介して主推進軸を駆動します。使用済みの蒸気は復水器で凝縮され、給水系に戻されます。

まとめ

A2W原子炉は、世界初の原子力空母「エンタープライズ」の心臓部として、その航行と艦載機の運用を支えた画期的な技術です。加圧水型原子炉、高濃縮ウラン燃料、そして水の負の温度係数を利用した独自の出力制御機構など、その技術的特徴は後の原子力艦艇設計にも大きな影響を与えました。A2W原子炉は、原子力技術の歴史において重要な位置を占める存在と言えるでしょう。

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