S5G (原子炉)

S5G 原子炉の概要

S5Gは、アメリカ海軍の艦艇における発電および推進用の原子炉です。この装置の型式名は、潜水艦用を意味する「S」、設計者による炉心の世代を示す「5」、およびゼネラル・エレクトリックという設計担当メーカーを示す「G」から成り立っています。

設計特徴

S5Gは加圧水型原子炉で、重要な特徴として2つの冷却ループと蒸気発生器が2基備えられています。この設計では、一次冷却材の自然循環を確保しつつ、炉心水位を維持することが求められました。原子炉格納容器は下部に配置され、蒸気発生器はその上に設置されています。この構成により、潜水艦の静粛化につながる冷却材の自然循環方式を導入することが可能となりました。

S5G原子炉は、陸上用の原型炉と実用型の艦載炉の両方が製造されました。原型炉はアイダホ州のアイダホ国立研究所で設置され、実用炉はUSSナーワル（SSN-671）の中に組み込まれています。自然循環による冷却システムが潜水艦でどのように機能するかを試験することが目的でありました。

この方式で、一次冷却材ポンプは大幅に小型化され、設置台数も減少したため、機器の複雑さと必要なスペースが削減されることが期待されました。一次冷却材ポンプの音は潜水艦において主要なノイズ源であり、これを取り除くことで潜水艦の静粛性を高める効果もありました。

S5G原子炉は、冷却材十の自然循環とポンプによる強制循環の両方で運転可能で、大出力での運転時以外にはポンプの稼働が不要でした。その結果、電力需要が抑えられ、タービン発電機を1台でも運用可能となったのです。大型の原子炉を収容するためには、どうしても艦艇の船体直径を大きくする必要がありました。そのため、S5Gは直ちに攻撃型原潜に使用されることはありませんでしたが、後にオハイオ級原子力潜水艦に搭載されるS8G原子炉の設計に寄与しています。

さらに、機関部からのノイズを減少させるため、従来の蒸気タービンの設計を改良し、より大口径で低速の蒸気タービンをスクリューシャフトに直接接続するダイレクトドライブ方式に改変しました。この変更により、減速機を排除することが可能になりましたが、タービンは非常に大きなものとなりました。タービンは直径約12フィート（3.7メートル）、長さ30フィート（9.15メートル）にも達し、効率を高めながらも低速での運転を維持する必要がありました。

運用の歴史

アメリカ海軍原子炉施設では、原型炉は実艦と同型の原子炉区画において試験が実施され、冷却システムが艦艇での運用に耐えうるかどうか厳重に検証されました。自然循環のコンセプトは当時新しいものであったため、様々な運転条件に基づくテストが行われました。その中には、海上での動きを模擬するために原子炉区画を浮かべてトルクを加える試験も含まれており、実際の艦艇としての性能が確かめられました。

実艦が建造されて就役した後も、原型炉はアメリカ海軍の原子炉運転要員の訓練プログラムの一環として機能し続けました。その運用は冷戦の終結によって1995年5月まで続けられ、原子炉は完全に停止されました。S5G原子炉は静粛性と効率性を求めた海軍の努力の一環として、多くの技術革新をもたらしました。

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