沸騰水型軽水炉とは？原子力用語を解説
原子力を知りたい
先生、『沸騰水型軽水炉』の仕組みを教えてください。
原子力マニア
この原子炉は、熱中性子炉で沸騰する水を冷却材に使う軽水炉だよ。炉心で発生した熱は、冷却水が沸騰して発生した蒸気によって直接タービンを回して発電するんだ。
原子力を知りたい
PWRとは何が違いますか？
原子力マニア
PWRは加圧水型炉で、二次冷却系を使ってタービンを回すんだ。沸騰水型軽水炉はシステムが比較的単純なんだよ。
沸騰水型軽水炉とは。
「沸騰水型軽水炉」は、原子力発電における用語で、軽水で減速・冷却される原子炉の一種です。ゼネラル・エレクトリック社が開発しました。
加圧水型炉（PWR）とともに「軽水炉」と総称され、熱中性子炉に分類されます。主に低濃縮ウランを燃料に使用しますが、ウランとプルトニウムの混合酸化物（MOX）燃料も使用できます。
炉内で発生した熱は、原子炉容器内で沸騰した冷却水によって外部に取り出されます。この蒸気は直接タービンを回して発電します。この構造は火力発電所と似ていますが、冷却水は放射化されているため、タービン系の保守には放射線遮蔽が必要です。
沸騰水型軽水炉の基本構造と仕組み
沸騰水型軽水炉は、沸騰水型原子炉の一種で、冷却材として普通の水を沸騰させるタイプの原子炉です。
この原子炉は、炉心と呼ばれる部分で核分裂反応を起こして熱を発生させ、発生した熱を沸騰水に伝えます。沸騰した水は蒸気となって上部の蒸気セパレータと呼ばれる装置に移動し、そこで水分と蒸気に分離されます。蒸気はタービンを回して発電に使用され、その後コンデンサーで冷やされて水に戻されます。戻された水は再び炉心に戻り、このサイクルが繰り返されます。
PWRとの違い
PWR（加圧水型軽水炉）と沸騰水型軽水炉（BWR）は、ともに軽水炉という種類の原子炉ですが、冷却および熱交換の方法に違いがあります。
PWRでは、一次冷却水が加圧され、炉心内で沸騰することなく高温高圧のまま外部の蒸気発生器に送られます。この蒸気発生器で一次冷却水が二次冷却水を沸騰させて蒸気とし、この蒸気がタービンを回して発電を行います。
一方、BWRでは、一次冷却水が炉心内で沸騰し、発生した蒸気が直接タービンに送られます。このため、PWRよりも蒸気発生器などの設備が簡略化されています。
燃料の種類
燃料の種類
沸騰水型軽水炉（BWR）では、原子核分裂反応を起こす燃料として、二酸化ウラン（UO2）が使用されます。二酸化ウランは、安定した物質で、原子核分裂反応を起こしやすく、熱も発生します。BWRでは、二酸化ウランをペレット状にし、燃料棒と呼ばれる長い棒状の容器に封入します。燃料棒は、原子炉内の燃料集合体と呼ばれる構造体に組み込まれ、冷却水の流れによって冷却されます。
発電方法
発電方法
沸騰水型軽水炉では、原子核分裂による熱で水を沸騰させて蒸気を発生させ、その蒸気を使ってタービンを回転させます。タービンは発電機に接続されており、発電機で電気が発生します。沸騰水型軽水炉は、沸騰水型の圧力容器を使用しています。圧力容器内では、冷却材である軽水が沸騰して飽和蒸気を発生します。この蒸気はタービンに送られ、発電に使用されます。沸騰水型軽水炉の主な利点は、原子炉が自然循環によって冷却されるため、冷却材のポンプが不要なことです。
放射線遮蔽の必要性
放射線遮蔽の必要性
沸騰水型軽水炉（BWR）では、核反応によって発生する放射線を遮蔽する必要があります。この放射線は、人間の健康に悪影響を及ぼす可能性があるからです。放射線遮蔽とは、放射線を吸収したり反射したりして、人間が被曝する量を低減させる手段です。
BWRでは、燃料棒を冷却するための冷却水に含まれる不純物や放射性物質が、中性子を吸収して放射性同位体に変換されます。これらの放射性同位体が崩壊すると、ガンマ線などの放射線が放出されます。この放射線を遮蔽するため、原子炉容器の周囲には厚いコンクリートの壁が設置されています。また、操作員を放射線から守るために、鉛製の遮蔽板や水を使用した遮蔽体を用いています。