受動的崩壊熱除去とは？動的機器に頼らない安全機能
原子力を知りたい
受動的崩壊熱除去について詳しく教えてください。
原子力マニア
受動的崩壊熱除去とは、原子炉停止後の崩壊熱を除去するための機能で、機械設備ではなく原子炉固有の安全機能によって行われます。
原子力を知りたい
動的機器を使わないのはなぜですか？
原子力マニア
安全設計上、動的機器は故障する可能性があるため、受動的崩壊熱除去では、自然循環やその他の物理法則を利用して崩壊熱を除去します。
受動的崩壊熱除去とは。
原子力用語「受動的安全」は、原子炉停止後も崩壊熱を冷却する方法を指します。通常の原子炉冷却システムのほか、冷却材ポンプ故障に備えた余熱除去系が備わっていますが、これらは機械設備のため、稼働にはアクティブな装置類が必要です。
一方、受動的安全とは、こうしたアクティブな機器に依存せず、原子炉固有の安全機能を利用して崩壊熱を除去する方法です。例えば高速炉の場合、大きなガードベッセルによって炉心内の冷却液面と流れを確保し、ナトリウムの自然循環で崩壊熱を除去しています。このようなアクティブな機器に依存しない崩壊熱除去方式を、受動的安全と呼んでいます。
通常の原子炉冷却系統
通常の原子炉冷却系統は、高温の原子炉から生成された熱を安全に除去し、原子炉を安定的に運転するための重要なシステムです。このシステムは、通常は能動的な機器、つまりポンプや弁を使用して、冷却水を炉心を通じて循環させます。冷却水は熱を吸収して蒸気に変わり、タービンを回転させて発電します。
このような能動的な冷却システムは、外部電源に依存しており、停電や機器の故障が発生すると、原子炉を冷却できなくなります。そこで開発されたのが、受動的崩壊熱除去システムです。このシステムでは、能動的な機器に依存することなく、原子炉の崩壊熱を安全に除去します。
崩壊熱除去系（余熱除去系）
崩壊熱除去系（余熱除去系）は、原子炉が停止しても継続して発生する崩壊熱を除去するシステムです。原子炉が停止すると、核燃料内の核分裂反応は停止しますが、放射性物質の崩壊によって崩壊熱が発生します。この崩壊熱を適切に除去しないと、原子炉の圧力と温度が上昇して炉心損傷につながる恐れがあります。
受動的崩壊熱除去系の特徴は、動的機器（ポンプやタービン）に頼らず、自然対流や重力などの物理現象を利用して崩壊熱を除去する点にあります。動的機器を使用しないため、外部電源や人的操作に依存せず、長期にわたる崩壊熱除去が可能です。受動的崩壊熱除去系の採用により、大幅な安全性の向上を図ることができます。
動的機器の作動
大規模な原子力事故における動的機器の作動は、重要な安全上の懸念事項です。受動的崩壊熱除去（DHR）システムは、動的機器に頼らず、事故時に冷却を行う安全機能です。
動的機器とは、冷却水を循環させるポンプや送風機のような機械装置を指します。事故が発生すると、これらの機器が故障したり、電源が失われたりして作動不能になる可能性があります。一方、DHRシステムは、重力や自然循環などの受動的なメカニズムを利用して冷却を行います。これにより、動的機器の故障に依存することなく、崩壊熱を安全に除去できます。
受動的崩壊熱除去の定義
受動的崩壊熱除去とは、能動的な機構や動力に依存せずに、原子炉の崩壊熱を安全に除去する仕組みを指します。原子炉の崩壊熱とは、核分裂停止後に核燃料から発生する熱のことであり、原子炉を安全に停止させるためには、この熱を継続的に除去することが不可欠となります。
高速炉での受動的崩壊熱除去
高速炉では、受動的崩壊熱除去システムが不可欠です。これは、炉心溶融事故などの事態において、外部からの動力に依存することなく、溶融核の熱を効果的に除去することを目的としています。高速炉では、液体ナトリウムが冷却材として使用されており、高温度では溶融核を冷却する能力を有します。受動的崩壊熱除去システムは、溶融核が冷却材プールに落下すると、この冷却材の自然循環を利用して熱を放出します。
このシステムは、以下の仕組みで動作します。溶融核が冷却材プールに落下すると、溶融核の熱により冷却材が沸騰し、蒸気が発生します。この蒸気は冷却材プールの上部に上昇し、熱交換器で凝縮します。凝縮した冷却材は、重力によって冷却材プールに戻り、溶融核の冷却を継続します。この自然循環により、溶融核の崩壊熱は、外部からの動力に頼ることなく、冷却材プールを通して安全に除去されるのです。