研究炉周りの仕様やらのメモ①　基本仕様の確認編

　RADボルト周りの仕様を良く分かっていないのでお勉強とそのメモです。

　目標は実績である研究炉の5cycle連続稼働を達成。

材料工学研究に関してのRADボルトの収集については下記記事にて。

今回は研究炉周りについて。

濃縮ウランを使用して水ベースの冷却材(水・汚染水・塩水・濃塩水)を入れると冷却材を一気に過熱して蒸気を出す設備。副産物として大量の放射線と核廃棄物を生み出す。

ざっくり解説

ここがすごいぞ研究炉！

１．熱量が膨大なので蒸気タービンでものすごい発電ができる。

２．運用中は半径 25 タイルで 1 cycleあたり 12000 radの放射線を放出するので、RADボルト生成装置を使ってすごい勢いでRADボルトを生成できる

この2点ですね。

１の方は別の電力源があれば特に魅力的でもない感じ。ある程度このゲームに慣れてくると電力源に困ることはあまりないのでそこまで魅力的でもない気がする。

２の方は星間ランチャーやRADボルトエンジンなどRADボルトをたっぷり使う設備が利用先。使ったことないですけど。材料工学研究程度には必要なさそう。

ここが危険だぞ研究炉！

１．温度管理・圧力管理をしっかりしないとメルトダウンして大惨事になる

２．一度動かし始めるとほかの設備と異なり、気軽に停止ができない

　メルトダウンは流星被害とのことなので隕石がぶっ飛んでくるのと同じってことですね。これを知ったせいで億劫になって手を出せずにいました。

これを克服するために頑張ってお勉強です。

まずは投入する燃料となる濃縮ウランについてのお勉強

・濃縮ウラン

ウラン鉱石を濃縮すると濃縮ウランになるわけですが、方法としては２つ。

１．ウラン遠心分離機

・電力：480W

・発熱：+625DTU/s

ウラン鉱石10kgを濃縮ウラン2kgと劣化ウラン(液体)8kgに分離する。

　電力もそこまでバカ喰いするわけでもないですし、発熱も少ない。操作も複製人間の操作は必要ないので自動掃除機だけで済むのでそこそこ楽ですね。

　出てくる濃縮ウランは投入したウラン鉱石と同じ温度ですが、劣化ウランの方は結構アチアチなので排出場所には少し注意が必要。といっても排出量もたかが知れていますが。

　ちなみに遠心分離中は放射線がどばーっと出るのかなーと思ったら全くの無害でした。劣化ウランの放射濃度も無視していいレベルですね。

　劣化ウランは精錬金属の素材として使えます。普段使わないから使い道があるなんて知りませんでした…。

　２．ビータ

２つめの濃縮ウランの生成方法はビータの巣を利用します。

ビータの巣は1cycleに1匹ビータの幼虫を生み出します。

ビータの幼虫は2歳になり、近くにビータの巣があるとビータに成長。

そしてビータはウラン鉱石を巣に持ち帰りビータの巣ではウラン鉱石を濃縮ウランに変換してくれます。

効率はなんと90%！ウラン遠心分離機が20%なことを考えるとこちらは非常に効率的ですね。

　ちなみにビータは自然タイル状のウラン鉱石でも巣に持ち帰りますが、その場合は1kgずつ。瓦礫化したウラン鉱石は10kgずつ運んでくれます。

　タイルを複製人間が採掘すると質量は半分になってしまうため、枯渇資源であるウラン鉱石の資源効率を考えるならばそのままタイルから持って行ってもらった方がいいですがいささか量が少ないのでどうなんでしょうね？

　ビータの幼虫は2歳になるときビータの巣が近くにある場合はビータになりますが、近くに巣がない場合にはビータの巣になります（？！）

　なので空気式エアロックを開放状態で部屋を作っておけばビータの巣がいっぱいできるので数で勝負するのアリなのかな？

・・・と思ったのですが、ビータは飛行生物であり動きは気まぐれなのでウラン鉱石をうまく運んでくれるとも限りませんし、なにより経路が恐ろしく増えるのでゲームが重たくなりそうですね。

というわけで、ガッツリやるならビータを利用。とりあえずいったん動かしてみるならウラン遠心分離機といった感じでしょうか。

　下記のような場所でウラン鉱石は20マスで計2t。採掘すると質量は半減するので1tとなります。ウラン遠心分離機にかけても200kgは濃縮ウランができますね。研究炉の濃縮ウランの消費量は10kg/cycleなので20cycleは動かせます。実績の5cycle稼働に十分たりますね。

・研究炉の仕組み

まずは研究炉の仕組みについて。wikiから自動翻訳かけて抜粋

https://oxygennotincluded.fandom.com/wiki/Research_Reactor#Meltdown

「燃料を加熱する研究炉は、冷却水に熱を伝達し、加熱された核廃棄物を生成することによって熱を生成します。濃縮ウランを燃料とし冷却水を加えると、研究炉は内部燃料を毎秒 100 °C 加熱し始め、常に冷却水と熱交換します。内部冷却水が 400 °C に達すると、研究炉の下に排出され急速に蒸気に変わります。その後、研究炉はより多くの冷却材を受け入れ継続します。濃縮ウラン 10 kg/cycleは、同じ温度の核廃棄物 1000 kg/cycleに変換され、内部容量が 100 kg に達すると排出されます。

自分なりに流れを整理すると

１．燃料（濃縮ウラン）が核廃棄物を生成しながら加熱される(100℃/s)

２．加熱された燃料の熱は冷却水に伝わる

３．冷却水は加熱され400℃を超えると研究炉外へ排出される

４．核廃棄物は100kgになると研究炉外へ排出される。

排出のされ方は違えど精錬装置と仕組みとしては似ていますね。

精錬装置の動きは

１．電力で金属鉱石を融点まで加熱

２．溶けた液体金属が常温になるまでの熱を冷却水に押し付ける

３．加熱された冷却水と冷めた金属が排出される

　精錬装置は最後にまとめて全ての熱を冷却水に押し付けるのに対して、研究炉は冷却水は冷却水の温度が400℃を超えたら、核廃棄物は100kg溜まったら垂れ流しで出てくるのでその処理が大変。

　そのままだと核廃液がガンガン溜まり、蒸気もガンガン溜まって圧力が高まっていきます。

　圧力が150kg\tileを超えると蒸気が排出できなくなり、冷却液が追加で入れられないので、内部の温度が高まっていきます。

　そして燃料の温度が2726.85℃を超えるとメルトダウン！

　蒸気は蒸気タービンで吸い出すなりして圧力を150kgを超えないようにしないといけません。核廃液については給水ポンプで汲みだそうにも温度が温度なのでその場合は宇宙素材が必要になってきてしまいます。排出される位置は下図のところのようなので下のタイルを網タイルにしておけばそのまま落とすことが可能。

・燃料の制限

「燃料摂取量の制限原子炉は常に同じ量の燃料を使用し、適用される熱は質量を無視するため、最大燃料摂取量以下の原子炉はより少ない熱エネルギーを生成します。これは、蒸気タービンに供給される熱の量を制限したり、過熱を防止したり、単に設計上の制限により望ましい場合があります。」

　濃縮ウランをドバっと入れると熱も凄い出るけど少量入れたならそれに合わせて出力も少なくしてくれるよーってことですね。

　1回で180kg投入できるのですが、変換していくのは60kg単位。満タンに詰めると60kgが100℃/s上昇しますが、1kg入れたならば1kgが100℃/s上昇するかといった違いです。目に見えて減りますが、少量を連続稼働させるのは投入にいろいろ自動化の設定が必要そう。

　濃縮ウランの量にかかわらず、研究炉の放射線量は変わらないので、これを目当てとする場合には使える手段かも。

・冷却水を制限する

「燃料を制限するとエネルギー出力が減少しますが、冷却水を制限すると反対の効果があります。核廃棄物は燃料の 100 倍の質量で生成され、活性燃料と同じ温度で比熱容量は 7.44 になります。典型的な研究炉は約 200 から 400 °C の活性燃料を持っていますが、冷却水の取り込みを制限すると、燃料がより高い温度に達することができるため、より多くの熱エネルギーを出力できます。」

今度は逆に冷却水を制限すると高い温度の核廃棄物が得られるってことですね。

　核廃棄物の出力条件は100kgに達したときでありそれまでは冷却水と熱交換をし続けるので、熱交換する冷却水が少なければ当然高い温度のままの核廃棄物が出てくる。

　得られる高温の核廃棄物を高温を生かして原油を石油に生成したり、石油を酸性ガスにしたりする場合に利用できるかなー？といった感想。

　トータルの熱量が増えるというわけではないので熱を蒸気タービンに吸わせるならばむしろ扱いづらいのでこの利用をしないかな？

間違いでした。

　冷却水を絞ると濃縮ウランは熱を移しづらくなるので濃縮ウランの温度が高くなる。核廃棄物は濃縮ウランと同じ温度で質量100倍で生成される。そのため冷却水を絞ると濃縮ウランから冷却水に熱が移らなかった分が100倍されて排出される。つまりめちゃめちゃ増える！

・研究炉の熱量

続いて熱量についてもwikiから自動翻訳かけて抜粋

「冷却水に伝達される熱は、常により多くの燃料を補給する場合、約 5750 kDTU/s です。燃料の温度は常に変動しているため、核廃棄物の正確な熱生成を計算することは困難です。」

　熱量は蒸気タービンが200℃のフル稼働での熱破壊量が877kDTU/sとかなのでタービン7台をフル稼働させないといけないくらい熱容量がすごいってことですね。

すごい大掛かりな設備になってしまうというのも気軽に手を出せない理由の一つですね。まぁこの辺は必要分設置すればいいだけなのでそこまで困ることはないでしょう。

・研究炉の放射線量

そして放射線関係についてもwikiから自動翻訳かけて抜粋

「運用中、研究用原子炉は半径 25 tileで 1 cycleあたり 12000 radを継続的に放出します。時間が経つにつれて、放射性汚染物質で満たされた核廃棄物も増加する量の受動的放射線をもたらします。各cycleで核廃棄物自体は 1 cycleあたり 165 radを持続的にもたらしますが、汚染物質は 1 cycleあたり一時的に 55 radをもたらします。」

12000rad/cycleというのはどれくらいのものなのか？

これが・・・12000rad/cycleぱわぁ・・・しゅごぉい・・・。