加圧水型原子炉（PWR）の仕組みと特徴
原子力を知りたい
『加圧水型原子炉』とはどういうものですか？
原子力マニア
加圧水型原子炉は、原子炉の一種で、一次冷却材として軽水を使用し、圧力をかけて沸騰を抑えています。
原子力を知りたい
なるほど。間接サイクル方式で発電を行うのですね。
原子力マニア
そうです。一次冷却材が高温水になり蒸気発生器で二次冷却材を蒸気にして、タービンを動かします。
加圧水型原子炉とは。
原子力発電で用いられる「加圧水型原子炉」（PWR）とは、次のような構造を持つ発電用原子炉です。
PWRでは、燃料として低濃縮ウランを用いています。冷却材には一次冷却材として軽水（普通の水）を使用し、高圧（100〜160気圧）をかけて沸騰を防ぎます。一次冷却水は高温の水となり、蒸気発生器に送られます。蒸気発生器では、一次冷却水が別の水（二次冷却水）に熱を伝えて蒸気を発生させます。この蒸気はタービンを駆動して発電を行います。
現在、日本で稼働している軽水炉（LWR）には、PWRと沸騰水型原子炉（BWR）の2種類があります。
加圧水型原子炉のしくみ
加圧水型原子炉（PWR）は、原子炉の主要な型式の1つです。そのしくみは、軽水を冷却材と減速材として使用することにあります。炉心では、核分裂反応によって熱が発生し、この熱は軽水に伝えられます。加熱された軽水は炉心からポンプで圧力容器に送られ、そこでさらに高温高圧に加熱されます。圧力容器内で軽水は沸騰せず、原子炉の一次冷却系と呼ばれる密閉された回路を循環し続けます。
低濃縮ウラン燃料
– 低濃縮ウラン燃料-
加圧水型原子炉（PWR）では、低濃縮ウラン燃料を使用します。低濃縮ウラン燃料とは、ウラン235の濃度がわずか数パーセントのウラン燃料のことです。天然ウランにはウラン235が0.7%しか含まれていませんが、低濃縮ウラン燃料ではこの濃度が3～5%に高められています。この濃度のウランでは、原子炉内で持続的な核分裂連鎖反応を起こすのに十分なウラン235が供給されます。
軽水を冷却材に使用する
加圧水型原子炉（PWR）において、重要な特徴の一つは軽水（普通の水）が冷却材として使用されることです。軽水は、原子炉の一次冷却系に循環させられ、燃料棒から発生する熱を吸収します。この熱せられた軽水は、一次冷却系内の加圧器という機器で加圧され、沸騰を防ぎます。その後、熱せられた軽水は蒸気発生器に送られ、二次冷却系に属する軽水に熱を伝えます。蒸気発生器で発生した蒸気はタービンを回して発電に使用されます。
間接サイクル方式による発電
-間接サイクル方式による発電-
加圧水型原子炉（PWR）は、間接サイクル方式と呼ばれるシステムを用いて発電を行います。この方式では、原子炉で発生する熱が一次冷却材（通常は水）に伝達され、高い圧力下で熱くなります。その後、一次冷却材は熱交換器（蒸気発生器）を通過し、そこで熱を二次冷却材（これも通常は水）に伝達します。二次冷却材は蒸気になり、タービンを駆動して発電を行います。
この間接サイクル方式の利点の一つは、一次冷却材と二次冷却材が物理的に分離されているため、放射能の二次冷却材への漏洩を防ぐことができます。また、高い圧力下で一次冷却材を循環させることで、水が高温にならずに蒸気を発生させることができます。これにより、システム全体に高い熱効率が得られるのです。
わが国の発電用原子炉の中で最も多く稼働
わが国の発電用原子炉の中で最も多く稼働しているのは、加圧水型原子炉（PWR）です。PWRは、原子炉冷却に高圧の水を使用する原子炉方式で、熱によって沸騰した一次冷却水を加圧して液体状態のまま原子炉冷却材として用いています。この方式は制御性や安全性に優れ、わが国では50基以上のPWRが稼働しています。PWRの主な特徴として、高い熱効率や安定した運転性が挙げられます。また、燃料交換や定期検査などのメンテナンスが比較的容易なのも利点です。