高速増殖炉：次世代原子炉のしくみと特徴
原子力を知りたい
高速増殖炉とは何ですか？
原子力マニア
高速増殖炉は、燃料としてプルトニウムを使用する原子炉で、核分裂連鎖反応を高速中性子で維持し、使用とともに炉内の核分裂性物質が増えます。
原子力を知りたい
なぜプルトニウムが選ばれるのですか？
原子力マニア
プルトニウムは、高速中性子を吸収して多くの新しい中性子を放出する性質があり、核分裂性物質を増殖させるのに役立ちます。
高速増殖炉とは。
高速増殖炉とは、原子炉の一種です。通常の中性子ではなく、エネルギーが高い高速中性子によって核分裂反応を維持します。この炉では、燃料として核分裂性のプルトニウム（プルトニウム239と241）を使用します。
プルトニウム239は、核燃料としてよく知られるウラン238が中性子を吸収することで生成されます。プルトニウム239と241はどちらも、エネルギーの高い中性子を吸収すると多くの中性子を放出する性質を持っています。このため、燃料が増殖しやすい特徴があります。
高速増殖炉では、燃料増殖を促進するため、冷却材としてナトリウムを使用し、核分裂によって発生した高速中性子が減速しないようにしています。また、炉心の周囲には、主成分がウラン238である劣化ウランのブランケットが設置されます。これにより、炉心から漏れた中性子を有効活用して、核分裂性プルトニウムの生成量を増やすことができます。
MOX燃料（プルトニウムとウランを混合した燃料）とナトリウム冷却剤を使用する高速増殖炉では、ブランケットから回収されるプルトニウムも含めると、使用済燃料中の核分裂性プルトニウムが新燃料中の核分裂性プルトニウムよりも多くなる「増殖比1.2」が達成可能です。ただし、高速増殖炉の実用化当初には、軽水炉の使用済燃料から回収した核分裂性プルトニウムを使用する必要があります。
高速増殖炉とは
-高速増殖炉とは-
高速増殖炉とは、核分裂反応によって発生した高速中性子を減速させずに利用する原子炉の一種です。従来の軽水炉とは異なり、中性子減速材を使用しないため、燃料中のウラン238が中性子吸収により核分裂性のプルトニウム239に変換されます。この過程により、燃料を消費するのと同時に、新たな燃料を生み出す「増殖」が可能になるのです。
高速増殖炉の仕組み
-高速増殖炉の仕組み-
高速増殖炉は、次世代の原子炉技術であり、現在進行中の研究開発の重点分野です。その特筆すべき特徴は、プルトニウムなどの核燃料を「増殖」する能力にあります。高速増殖炉では、高エネルギーの中性子が核燃料に衝突し、ウラン238をより分裂しやすいプルトニウム239に変換します。この変換により、燃料が消費されるのではなく、新たに生成され、長期的に持続可能な原子炉燃料サイクルが可能になります。
高速増殖炉は、通常の原子炉とは異なり、ナトリウムを冷却材として使用します。ナトリウムは液体金属で、優れた熱伝導率を持ち、高い温度で沸騰しません。このため、高速増殖炉は高い温度で運転することができ、より多くのエネルギーを効率的に生成できます。また、ナトリウムは中性子を吸収しにくい性質があるため、核分裂反応を阻害せずに冷却材として機能することができます。
高速増殖炉の燃料
-高速増殖炉の燃料-
高速増殖炉の燃料は、ウラン238（ウラン235よりもはるかに多く存在する）を使用します。高速中性子照射によって、ウラン238はプルトニウム239に変換されます。プルトニウム239も核分裂性物質であり、原子炉内で燃料として使用できます。
このプロセスにより、投入したウラン燃料以上のプルトニウムが生成され、燃料を増殖させることができます。この特徴が、高速増殖炉を次世代原子炉として注目させています。増殖させたプルトニウムは、高速増殖炉だけでなく、他のタイプの原子炉でも使用できます。
高速増殖炉の冷却材
高速増殖炉における冷却材は、中性子を減速させることなく高速で核反応を実現するため、ナトリウムなどの液体金属が使用されます。ナトリウムは、中性子のエネルギーを吸収せずに冷却材として機能し、高温下でも安定性を保つため、高速増殖炉の冷却材として適しています。また、ナトリウムは沸点が約883℃と高く、熱輸送能力にも優れています。
高速増殖炉のブランケット
高速増殖炉のブランケットは、炉心の周囲を覆う重要な構成要素です。一般的な軽水炉とは異なり、高速増殖炉は高エネルギーの高速中性子を利用しています。ブランケットは、これらの高速中性子を減速して熱中性子にする役割を担っています。
ブランケットは、通常、濃縮ウラン238やトリウム232などの非核分裂性物質で構成されています。これらの物質は、高速中性子を吸収すると、核分裂反応により原子核が分裂し、エネルギーを放出します。この過程で放出される中性子は、熱中性子に減速されます。熱中性子は、通常の核燃料であるウラン235やプルトニウム239と効率的に反応し、核分裂連鎖反応を維持します。