原子力用語：カナダ型重水炉
原子力を知りたい
カナダ型重水炉について教えてください。
原子力マニア
カナダ型重水炉は、カナダが開発した原子炉で、CANDU炉とも呼ばれます。特徴としては、燃料に天然ウランを使用し、燃料交換を運転中でも行えます。
原子力を知りたい
軽水炉とは何が違いますか？
原子力マニア
軽水炉は燃料に濃縮ウランを使用し、燃料交換は停止中に行います。また、中性子減速材と一次冷却材を分離する構造が異なります。
カナダ型重水炉とは。
カナダが開発した原子炉の「カナダ型重水炉」は、重水で減速と冷却を行う発電用原子炉です。略称はCANDU炉といい、天然ウランを燃料に使用し、圧力管に燃料集合体を横向きに装填する構造が特徴です。
炉心部は「カランドリア・タンク」と呼ばれる容器内にあり、正方格子状に配置された「カランドリア管」が多数取り付けられています。カランドリア管の内外は重水で満たされ、内部に圧力管を収納しています。この構造により、減速材と一次冷却材が分離されています。
さらに、運転中に燃料交換ができる設計になっており、軽水炉とは異なる工夫が見られます。燃料交換中の燃料集合体の移動は直接確認できないため、燃料バンドルカウンタによる自動計数で監視しています。ただし、現在は保障上の理由から、運転中の燃料交換は行われていません。
重水減速・重水冷却型発電用原子炉
–重水減速・重水冷却型発電用原子炉–
カナダ型重水炉（CANDU）は、ウランを燃料、重水を減速材と冷却材として利用する原子炉の1形式です。重水は、軽水（H2O）と異なり、中性子を有効に減速させ、核分裂反応を維持するのに役立ちます。
このタイプの原子炉の特徴として、オンライン給油が可能であることが挙げられます。これにより、炉心を停止させることなく燃料棒を交換できるため、可用性が高く、運転コストが低くなります。
また、CANDU炉は、使用済み燃料を再処理するのに適しています。これにより、貴重な資源が節約され、核廃棄物の量が減少します。
CANDU炉は、カナダだけでなく、中国、インド、アルゼンチンなど世界各地で運用されています。安全で信頼性の高い原子力発電源として認識されており、クリーンで持続可能なエネルギーへの貢献が期待されています。
天然ウランを燃料に使用
原子力用語カナダ型重水炉では、天然ウランが燃料として使用されます。天然ウランは、ウラン235とウラン238という2つのウラン同位体で構成されています。通常、原子炉で使用される燃料にはウラン235が濃縮されていますが、カナダ型重水炉では天然ウランのまま使用することができます。これは、重水という特別な水を使用して中性子を減速させることで、天然ウランでも核分裂反応を維持できるためです。
横置きの圧力管に燃料を装荷
カナダ型重水炉の一大特徴として、横置きされた圧力管に燃料を装荷するという点があります。この圧力管は、冷却材である重水を通す円筒状のパイプで、炉心内に多数並べられています。燃料は、小さく丸いペレット状の二酸化ウランで構成されており、これらのペレットが燃料被覆管と呼ばれる金属製の薄い管の中に収められています。
燃料被覆管はさらに、ジルカロイという耐腐食性の合金製の加圧管に納められています。加圧管は圧力管内に収められており、冷却材の重水が加圧管と圧力管の隙間を流れて燃料を冷却します。この横置きの圧力管構造により、炉心内で燃料を均等かつ効率的に配置することができ、原子炉の安定した運転に貢献しているのです。
カランドリア構造による中性子減速材と一次冷却材の分離
カランドリア構造による中性子減速材と一次冷却材の分離は、カナダ型重水炉の特徴的な設計要素です。この構造では、重水が中性子減速材として使用され、一次冷却材の圧力管の周囲を取り囲みます。中性子減速材は、原子炉炉心で放出される高速中性子を減速し、核分裂反応を起こすのに適したエネルギーレベルにまで落とします。一方、一次冷却材である重水は、圧力管内を循環し、原子炉炉心から熱を取り除きます。この分離により、一次冷却材の汚染を防ぎ、原子炉の安全性を高めることができます。また、原子炉の制御性を向上させることもできます。
運転中の燃料交換が可能
原子力用語の一つに「カナダ型重水炉」があります。この炉型の大きな特徴の一つとして「運転中の燃料交換が可能」である点が挙げられます。従来の原子炉では、運転中に燃料を交換することはできず、定期的に炉を停止させて燃料交換を行っていました。しかし、カナダ型重水炉では、特殊な機構により、運転中に燃料の交換が可能です。これにより、炉の稼働率を向上させ、発電効率を上げることができました。さらに、燃料交換の頻度を低減できるので、メンテナンスコストの削減にも貢献しています。