PRISM原子炉とは？仕組みと特徴

PRISM原子炉とは？仕組みと特徴

PRISM原子炉の仕組み

-PRISM原子炉の仕組み-

PRISM原子炉（Power Reactor Innovative Small Module）は、次世代のナトリウム冷却高速炉です。この革新的な設計では、高温で液体ナトリウムを使用しており、優れた熱伝達性能と安全特性を実現しています。

PRISM原子炉は、プール型の一次冷却システムを採用しています。炉心は液体ナトリウムで満たされたプール内に設置されており、燃料棒を冷却しています。このナトリウムは、熱間プールから冷間プールへと循環し、二次ナトリウム冷却剤に熱を伝えます。

二次ナトリウム冷却剤は、蒸気を発生させる蒸気発生器に循環されます。発生した蒸気はタービンを駆動し、電気を生成します。ナトリウムの冷却剤としての使用により、高効率な熱伝達と高い温度での動作が可能になり、従来の原子炉設計よりも優れた経済性と安全性を実現しています。

PRISM原子炉の特徴

PRISM原子炉の特徴として、高い安全性が挙げられます。冷却材として液体Naを用いることで、水蒸気爆発の危険性が低く、炉心溶融事故を起こしにくい構造となっています。また、燃料であるU-Puの混合酸化物(MOX)燃料を使用することで、プルトニウムを安定化させ、核分裂生成物の発生を抑えることができます。さらに、冷却材のNaは中性子吸収断面積が小さく、炉心に挿入された制御棒がより有効に反応度を制御できます。

燃料と炉心設計

燃料と炉心設計

PRISM原子炉の燃料は、金属製燃料である。この燃料は、核分裂を効率的に引き起こすウランまたはプルトニウムを含有する。金属製の燃料は、高い熱伝導率と耐久性を持ち、高温下でも安定しています。また、燃料は細かな粒子状に加工されており、ナトリウム冷却材に均等に分散されています。

炉心は、金属製の燃料を含む燃料集合体が格納された円筒状の構造です。燃料集合体は、ヘキサゴナル（六角形）のダクトで囲まれており、ナトリウム冷却材が流れます。炉心の中央には、中性子反射体を備えた反射材が存在し、核分裂により発生した中性子を反射して炉心を循環させ、核分裂反応を維持します。

崩壊熱除去システム

崩壊熱除去システムは、PRISM原子炉の安全上重要なシステムです。原子炉が停止すると、核分裂反応は止まりますが、核分裂生成物からの崩壊熱が継続して発生します。この崩壊熱を安全に取り除くためには、熱を炉心から取り除き、最終的に大気または外部熱源に放出する必要があります。

PRISM原子炉では、自然循環蒸発器と呼ばれるシステムが崩壊熱除去に使用されます。このシステムでは、冷却材である液体ナトリウムが、自然循環によって炉心を流れます。崩壊熱によりナトリウムが温められると、蒸発器で沸騰して蒸気になります。この蒸気は蒸気タービンを駆動し、発電に使用されます。その後、蒸気は凝縮器で冷却されて液体に戻り、再び炉心に送られます。

この自然循環蒸発器システムは、外部動力源を必要とせずに動作するため、信頼性が高く、安全です。また、崩壊熱を効率的に除去し、原子炉の安全性を確保します。

PRISM原子炉の経済性

PRISM原子炉は、優れた経済性も備えています。運転コストが低く、核燃料を効率的に利用できるため、低コストで電力を供給することができます。また、メンテナンスが容易で、他の原子炉に比べて停止時間が短く済みます。さらに、PRISM原子炉はモジュール設計を採用しており、容量を段階的に増やすことができます。これにより、需要に応じて発電量を柔軟に調整することが可能となり、経済性をさらに高めることができます。