原子力における「増殖」とは – 核燃料の増加現象
原子力を知りたい
原子力における『増殖』の仕組みを教えてください。
原子力マニア
原子炉燃料に含まれる核分裂性物質が、燃焼の過程で増加していく現象のことです。
原子力を知りたい
通常の原子炉燃料では、核分裂性物質は減少すると聞きましたが、なぜ増殖が起こるのですか？
原子力マニア
核燃料親物質が中性子を吸収し、核分裂性物質に転換するためです。高速増殖炉では、この転換量が多く、消費した核分裂性物質の量よりも多くの核分裂性物質が生成します。
増殖とは。
原子力の分野では、「増殖」という用語は、原子炉の燃料となる核分裂性物質の量が増加する現象を指します。
一般的な意味では、増殖は生物の細胞や個体の増加を示すことが多いですが、原子力では異なります。普通の原子炉燃料には、235Uなどの核分裂性物質だけでなく、238Uと呼ばれる「核燃料親物質」も大量に含まれています。
原子炉内で核分裂が進むと、238Uが中性子を吸収して核分裂性物質の239Puに変化します。この変化によって生まれる239Puの量が、消費された235Uの量を上回ると、この現象を「増殖」と呼びます。
一般的な軽水炉では、増殖によって生まれる239Puの量はそれほど多くありません。そのため、燃料の燃焼が進むと、核分裂性物質の量は新燃料よりも減ってしまいます。
一方、高速増殖炉では、核分裂性物質として239Puを主に使用し、中性子の減速をあまり行いません。そのため、中性子が1個吸収された時の平均的な中性子放出数が多く、これがより多くの239Puの生成につながります。その結果、使用済燃料に含まれる核分裂性物質の量は、新燃料よりも多くなります。
増殖とは何か
原子力の世界で「増殖」という言葉は、核燃料の増加現象を表します。これは、原子炉内で核燃料が核分裂反応を起こすと、新たな核燃料を生み出すことができるという現象です。この新たに生み出された核燃料は、元の核燃料に混ぜ合わせて利用することで、燃料をより効率的に使用することができます。この増殖によって、核燃料の使用量が減り、核廃棄物の発生も抑えることができます。
原子力における増殖
原子力における増殖とは、原子炉内で、核反応により新たに核燃料を生み出す現象のことです。核分裂反応によって放出された中性子が非核燃料物質（通常はウランやトリウム）に当たると、核分裂によって新しい原子核が生成され、それが核分裂性物質（プルトニウムやウラン233）に変換されます。この反応により、核燃料が継続的に増加し、発電のための燃料源として利用できるようになります。
核燃料親物質と239Pu
核燃料親物質とは、自然界に存在するウラン238やトリウム232のことです。これらは「親物質」と呼ばれ、原子炉の中で核分裂反応を起こすと、239Puなどの新しい核燃料を生成します。
239Puは、ウラン238が中性子を吸収することで生成される核種です。239Puは、ウラン238と同様に核分裂反応を起こすことができますが、ウラン238よりも反応効率が良いという特徴があります。そのため、高速増殖炉と呼ばれる特殊な原子炉では、ウラン238を燃料として使用し、239Puを生成することで、核燃料を 「増殖」させています。
軽水炉と高速増殖炉における増殖
原子力における「増殖」とは、核燃料が消費される際に、新たに核燃料を生み出す現象のことです。この増殖は、軽水炉と高速増殖炉の2種類の原子炉で利用されています。
軽水炉では、プルトニウムを生成することで増殖が実現します。軽水炉で消費されるウラン燃料には、ウラン238という非核分裂性物質が含まれています。このウラン238が中性子を吸収すると、プルトニウム239という核分裂性物質が生成されます。
一方、高速増殖炉では、ウランやプルトニウムを燃料として利用し、増殖が実現します。高速増殖炉では、中性子を高速化することで、ウラン238やプルトニウム240といった非核分裂性物質を核分裂させることができます。この核分裂によって、新たにウラン239やプルトニウム241という核分裂性物質が生成され、燃料が増殖します。
使用済燃料における核分裂性物質の増殖
使用済燃料における核分裂性物質の増殖とは、原子炉内で使用された核燃料が、核分裂反応によって新しい核分裂性物質を生み出す現象を指します。使用済燃料には、未反応のウラン238やプルトニウム239などの核分裂性物質が含まれています。これらの核分裂性物質は、中性子照射を受けることで核分裂反応を起こし、新たなプルトニウム239を生成します。このプロセスにより、使用済燃料内の核分裂性物質の総量が時間とともに増加するのです。