原子力用語「キセノン空間振動」とは？
原子力を知りたい
キセノン空間振動について詳しく教えてください。
原子力マニア
キセノン空間振動とは、原子炉内で発生する原子炉出力の空間的な振動です。これの原因は、核分裂生成物であるキセノン135の不均一な生成と濃度減少による反応度の局所的な変動です。
原子力を知りたい
キセノン135が炉の安定運転に障害となるのはなぜですか？
原子力マニア
キセノン135は熱中性子の吸収率が高く、中性子束を減少させて原子炉出力を低下させます。また、その生成と濃度減少が空間的に不均一であるため、原子炉出力に局所的な振動を引き起こします。
キセノン空間振動とは。
「キセノン空間振動」と呼ばれる原子力用語があります。これは、核分裂の際に発生するキセノンの影響により、原子炉の出力が空間的に変動する現象です。キセノンの中でもキセノン135は熱中性子を強く吸収するため、原子炉の安定した運転を妨げる可能性があります。大型の熱中性子炉では、キセノン135の生成や濃度変化が均一ではなく、この不均一さが原子炉の反応度に局所的な変化をもたらします。この変化により、原子炉出力は空間的に変動します。この振動は、中性子束が大きいときによく発生し、周期は通常約15～30時間です。発電所などの大型の実用炉では、炉心の設計や制御棒の調整によって、この空間振動を制御しています。
キセノン空間振動の概要
原子力用語「キセノン空間振動」とは？
-キセノン空間振動の概要-
キセノン空間振動とは、原子炉の運転中に発生する核反応に由来する現象です。核分裂反応により放出される中性子が、核分裂生成物であるキセノン135に吸収されると、キセノン135はキセノン136という放射性同位体になります。
キセノン136の半減期は8.8日と比較的長く、その崩壊により中性子を放出します。この放出された中性子が別の核分裂反応を引き起こすことで、一連の連鎖反応が発生し、原子炉出力が一時的に低下するのです。この出力低下がキセノン空間振動と呼ばれます。
原子炉におけるキセノン135の役割
原子炉の燃料には、ウラン235などの核分裂性同位体が含まれています。核分裂反応が起こると、キセノン135という不活性ガスが生成されます。キセノン135は中性子を吸収し、中性子毒として働きます。
この中性子毒は、原子炉の制御棒の引き抜きや炉心の温度上昇によって発生します。キセノン135の濃度が上昇すると、中性子に対する吸収率が高まり、核分裂反応の連鎖が阻害されて原子炉の出力が低下します。
キセノン濃度の不均一性がもたらす影響
キセノン空間振動のもう1つの重要な影響は、キセノン濃度の不均一性です。この不均一性は、原子炉の運転時に、制御棒の挿入や抽出によってキセノンが分布するパターンに変化が生じることで発生します。キセノン濃度の不均一性が生じると、原子炉の反応度に影響を与え、出力が変動したり、停止につながる可能性があります。したがって、原子炉の安全で安定した運転を確保するためには、キセノン空間振動によるキセノン濃度の不均一性を適切に制御することが不可欠です。
空間振動の発生条件と周期
空間振動の発生条件と周期
キセノン空間振動が発生する条件は、原子炉の運転状況と燃料棒の配置に大きく依存します。原子炉が低出力運転で長時間停止した後に再起動されると、キセノンの濃度が上昇し、空間振動が発生しやすくなります。また、燃料棒が均等に分布していない場合や、制御棒の挿入が不均一な場合も、空間振動の発生に影響を与えます。
空間振動の周期は、原子炉の出力レベルとキセノンの濃度に依存します。一般的には、出力レベルが低いほど周期が短くなり、キセノンの濃度が高いほど周期が長くなります。空間振動の周期は通常、数時間から数日までです。
実用炉におけるキセノン空間振動の抑制
-実用炉におけるキセノン空間振動の抑制-
原子炉では、原子核分裂によって生成されるキセノン135は、強い中性子吸収体であり、炉内の反応度に影響を与えます。このキセノン135が非均等に分布すると、「キセノン空間振動」と呼ばれる現象が発生し、炉の制御が困難になる可能性があります。
実用炉では、このキセノン空間振動を抑制するために、以下の対策が取られています。
* -燃料シャッフル- 炉内の燃料棒を定期的に移動することで、キセノンの分布を均一にします。
* -ボロン酸制御棒- キセノン135の吸収を抑えるために、炉内にボロン酸溶液を注入した制御棒を使用します。
* -ピークシービング運転- 炉出力を周期的に変化させて、キセノンの空間分布を均一化します。
これらの抑制策により、実用炉はキセノン空間振動の影響を最小限に抑え、安定した運転を実現しています。