原子力発電の要、軽水炉とは？

原子力発電の要、軽水炉とは？

軽水炉とは

-軽水炉とは-

軽水炉は、原子力発電所で広く使用されているタイプの原子炉です。軽水炉とは、普通の水（H2O）を冷却材と減速材として使用することを指します。この反応プロセスでは、原子炉内でウランなどの核燃料が核分裂を起こし、多量の熱を発生させます。

水の比熱が低いため、軽水炉はより多くの冷却材を必要とします。このため、炉心には大量の冷却水が循環し、原子炉から放出される熱を吸収します。また、軽水は中性子を減速させる能力があるため、核分裂を維持するために減速材として使用されます。この減速効果により、効率的に核分裂連鎖反応を維持できます。

軽水炉の仕組み

軽水炉の仕組みとは、原子炉の冷却材と減速材の両方に軽水を用いるシステムです。軽水は、通常の水(H2O)のことですが、原子炉内で核反応を起こすウラン燃料の周囲を取り囲み、核反応によって発生する熱を吸収します。

さらに、軽水は中性子を減速させ、核分裂反応を効率よく起こすのに役立ちます。中性子は、原子炉内で発生すると最初は高速で飛んでいますが、軽水を通過することで速度が落とされ、ウラン原子核と衝突する確率が高まります。この衝突によって、ウラン原子核が分裂し、エネルギーが放出されるのです。

軽水炉の種類：加圧水型炉と沸騰水型炉

軽水炉の種類加圧水型炉と沸騰水型炉

軽水炉には、加圧水型炉（PWR）と沸騰水型炉（BWR）の2種類があります。

加圧水型炉では、炉心は冷却材である水を高い圧力で加圧しています。この加圧により、水が沸騰するのを抑え、原子炉の温度を一定に保ちます。一方、沸騰水型炉では、炉心をより低い圧力に保ち、冷却水が沸騰して蒸気を発生させます。この蒸気はタービンを回転させ、発電に利用されます。

軽水炉の開発の歴史

軽水炉は現在、世界中で広く使われている原子力発電方式で、その歴史は約70年前に遡ります。1950年代初頭、米国では原子力潜水艦や原子力発電所の開発が進められていました。この当時、原子炉の冷却材にはさまざまな種類のもの（ヘリウム、液体ナトリウム、有機溶剤など）が検討されましたが、最終的には水を選択することになりました。

その理由は、水は豊富で入手しやすく、高い冷却能力を持ち、中性子減速材として適しているからです。さらに、軽水（普通水）は重水（重同位体の水素（デューテリウム）を含む水）に比べて製造コストが安く、また、重水に比べて中性子を減速する能力は劣りますが、制御棒による制御が容易であるという利点もあります。

1954年、米国アイダホ州のアーコ国立研究所で世界初の軽水炉「EBR-I」が運転開始しました。この原子炉は出力140キロワットの小規模なものでしたが、軽水炉の概念の検証に成功し、その後の軽水炉開発の基礎を築きました。その後、1957年にペンシルベニア州のシッピングポート原子力発電所で米国初の商業用軽水炉が運転開始。この発電所は出力6万キロワットで、軽水炉の実用性を証明することになりました。

軽水炉の安全性

軽水炉の安全性は、原子力発電において重要な考慮事項です。軽水炉は、冷却材と減速材に通常の軽水（普通の水）を使用します。この軽水が中性子と相互作用することで燃料棒の核分裂反応を減速させ、制御します。軽水炉では、原子炉が非常停止しても、水が炉心に留まり、核分裂反応は自然に停止するため、固有の安全性を備えています。さらに、軽水炉は、二重の安全障壁システムを採用しており、核燃料を格納する圧力容器の外側にもう一つ安全容器を設置することで、放射性物質の漏出を防いでいます。これらの安全機能により、軽水炉は世界で最も広く使用されている原子炉タイプの一つとなっています。