アトラス鉄道車両が使用済み核燃料を米国内で輸送

原子力発電所は、2060 年までに 14 万トン以上の使用済み核燃料 (SNF) を生成する見込みです。稼働中および廃止された原子炉から取り出された燃料の在庫は増え続けており、毎年 2,000 トンの放射性重金属がこれに加わります。今後数十年で、米国エネルギー省 (DOE) は、その物質を将来の貯蔵施設に輸送する必要があります。

既存の使用済み燃料の量は 9 万トンで、すでに現在利用可能な貯蔵オプションを超えています。使用済み燃料を敷地内に保管している 75 の原子力発電所の多くで、貯蔵容器と冷却プールが最大容量に達しています。この物質は、これらの施設に長期間保管されることを意図したものではありません。しかし、2000 年代初頭から恒久的な貯蔵の取り組みが行き詰まっているため、かつては一時的な解決策だったものが現状となり、エネルギー省は電力会社の貯蔵コストを賄うために 106 億ドルを支払うことになりました。

しかし、規制当局と議員らはようやく動きを見せている。議会は最近、エネルギー省に対し、恒久的な解決策が実現するまでの間、使用済み核燃料を保管するための暫定的な統合貯蔵施設を探すよう指示した。その解決策は、地下 300 ～ 1,000 メートルの地層処分場になる可能性が高い。とはいえ、この将来の処分場が実現するのは少なくとも 10 年先のことである。

一方、エネルギー省は二次的な課題に取り組んでいる。それは、将来的に使用済み核燃料の輸送量が増えることに対応できるよう、既存の鉄道車両を近代化することである。その結果生まれたのが、約 217 トンの使用済み核燃料と高レベル放射性廃棄物を将来の貯蔵・処分地まで輸送するために設計された複数車両システム、アトラスである。

10年の開発期間と3,300万ドルの開発を経て、アメリカ鉄道協会（AAR）は最近、米国のすべての主要貨物鉄道で12軸システムの運用を承認した。アトラスの主力車両は、7トンのクレードルと2つの10トンのエンドストップで固定されたSNFコンテナを搭載している。2台の緩衝車両は、主力車両と列車を動かす2台の機関車の間に安全な距離を確保し、監視用の武装警備員を乗せた鉄道護衛車両（REV）車掌車も備えている。米海軍は、自国の護衛車両を置き換えるために護衛車両を共同開発した。[SC4] 老朽化した REV 艦隊は、海軍の SNF と機密扱いの船舶部品を鉄道で護衛するために使用されています。Atlas は、キャブとの連絡を維持するために、携帯電話と衛星通信の両方とメッシュ無線リンクを採用しています。

エンジニアたちは2023年9月にコロラド州からアイダホ州までの2,700キロの旅でアトラスの最終テストを完了した。 米国エネルギー省

これまで、トラックと列車の両方が、エネルギー省の研究施設、公益事業会社所有の原子炉、および米国で唯一の兵器廃棄物の深部地層処分場であるニューメキシコ州の廃棄物隔離パイロットプラントの間で、何千もの照射済み核燃料の輸送を行ってきました。トラックの法定重量制限は 36 トンですが、鉄道は大容量の使用済み核燃料キャスクと浄化現場からの汚染土壌を 1 回の輸送で効率的に処理できます。アトラスの高度なリアルタイム監視システムは、これらの機能に基づいています。

アトラスは、原子力が米国でクリーンエネルギーの重要な供給源であり、昨年は風力や太陽光を上回り、国内の電力の18.6%を発電したが、これは7000万世帯以上に十分な量である。原子炉は高い発電能力があるにもかかわらず、廃棄物の量は比較的少ない。年間のSNF排出量はオリンピックプールの半分以下だ。

原子炉内で燃料が使い果たされると、発電所の作業員は放射能を遮断するために鋼鉄で裏打ちされた 40 フィートのコンクリート プールに燃料集合体を浸します。少なくとも 5 年間冷却された後、使用済み核燃料はコンクリート、鋼鉄、またはその両方の外層で遮蔽された鋼鉄製容器に移されます。これらの乾式容器は 40 年間敷地内に保管できます。

使用済み核燃料は米国全土に保管されており、その多くは既存および将来の保管場所から数千キロ離れた場所にあります。米国政府監査院

1980 年代、核廃棄物政策法により、エネルギー省はネバダ州ユッカ山の地下貯蔵所に使用済み核燃料を永久処分する作業を開始することが義務付けられました。しかし、社会的および政治的反対により、激しい論争の末にこのプロジェクトは最終的に中止されました。特に長期乾式貯蔵の安全性が不透明な中、永久貯蔵ソリューションの規制の複雑さは、使用済み核燃料管理の重大な障壁となっています。エネルギー省は連邦暫定施設の設置場所選定の初期段階にあるため、使用済み核燃料は 2030 年代後半まで発電所に残る可能性が高いです。

DOE によると、アトラスの開発には、北米で使用済み核燃料および高レベル放射性廃棄物を輸送する貨物鉄道車両に関する最も厳しい基準である AAR の S-2043 の複雑さのため、10 年を要したという。アトラスには、ベアリング状態、速度、揺れ、ブレーキなど、S-2043 で要求される 11 の性能パラメータを追跡する一連のセンサーが搭載されている。統合されたセキュリティおよび安全監視システムには、機器の故障や劣化による脱線を防ぐメカニズムが備わっている。

DOE は当初、アトラスを 8 軸の鉄道車両として構想していました。概念設計の段階で、コンピューター モデリングにより、列車の性能が S-2043 のすべての要件を満たさない可能性があることが示されました。この頃、原子力規制委員会 (NRC) は、小型の鉄道車両の車軸荷重には重すぎる 190 トンの新しいキャスクを認定しました。これらの状況から、12 軸の再設計が生まれました。

アトラス貨車は、使用済み核燃料からの安全な距離を保つために、空の緩衝貨車によって機関車および護衛貨車から分離されています。米国エネルギー省

鉄道車両と機関車は、軌道上での互換性と安全性を確認するため、約 2,700 キロメートル (1,680 マイル) のデモンストレーションを完了しました。コロラド州からアイダホ州までスムーズに移動したこのテストでは、REV、緩衝車、ユニオン パシフィック鉄道の機関車が伴い、総重量約 220 トン (48 万ポンド) の鋼鉄製ダミー ウェイトを搭載した、NRC 認定の最も重いキャスクをシミュレートしました。

より重いSNFコンテナには、アトラスが提供する12の車軸が必要ですが、8つの車軸であれば、少なくとも72トンの比較的軽い荷物をより効率的に移動できます。アトラスが12車軸の鉄道車両に移行した後、DOEはより小さな積載量のために8車軸プロジェクトを開始しました。AARは2021年に設計を承認し、今年プロトタイプの製造を開始しました。

同じペイロードアタッチメントシステム、監視システム、REV、緩衝車両で構成されるフォルティスは、2020年代後半に完成する予定です。「両方の鉄道車両により、DOEは適切な鉄道機器を仕事に使用できる柔軟性が得られます」とDOEの広報担当者は語った。 IEEE スペクトラム。