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原子炉

辞書:科学用語の基礎知識 電力編 (NPOW)
読み:げんしろ
外語:nuclear reactor 英語 , 核反应堆 大陸簡体 , 核反應堆 台灣正體 , reaktor/o エスペラント
品詞:名詞
2001/09/10 作成
2014/08/29 更新

核分裂核融合などの核反応を持続的に行なう装置。多くの場合は核分裂を扱う。

日本でも原子力発電用途で国内に多数設置されているほか、実験用の原子炉が大学などにいくつかある。

また軍事でも、原子力空母や原子力潜水艦などは、原子炉によって得たエネルギーで稼働する。

部品類

原子炉を構成する部品類に、次のようなものがある。

五重の障壁

原子炉には、環境への放射性物質放出を抑制するための「五重の障壁」があるとされている。

  1. 第1の壁「ペレット
  2. 第2の壁「被覆管」
  3. 第3の壁「原子炉圧力容器
  4. 第4の壁「原子炉格納容器
  5. 第5の壁「原子炉建屋

機構

原子炉内ではウラン235ウラン233プルトニウム239などに熱中性子(低エネルギー中性子)を吸収させて核分裂を起こさせる。

そして、その時に発生する熱エネルギーを沸かし、その水蒸気でタービンを回して発電する、というのが一般的である。

核分裂

核分裂では、熱エネルギーの他に数個の高速中性子γ線が発生する。

この時発生する中性子を他のウラン235などに吸収させると、その核でも同様に核分裂が起こる。

これが継続的に起こる状況を臨界といい、この反応により発生する熱エネルギーを利用するのが現在の原子力発電である。

減速材

核分裂によって高速中性子(高エネルギー中性子)が生じるが、高速中性子はウランの核分裂を起こしにくい。

安定してウランの核分裂を継続させるためには、生じた高速中性子を減速させ、熱中性子とすることが必要となる。そのために減速材と呼ばれるものを原子炉では用いている。

ちなみにプルトニウムでは逆に高速中性子の方が核分裂に有利だとされる。

燃料

ウランには幾つかの同位体があるが、天然に多く存在するウラン238などは、中性子を吸収しても核分裂を起こさない。より効率的に核分裂をおこさせるためには、燃料のウラン中のウラン235の濃度が高いほうが好ましい。

そこで、天然に産出するウランを加工し、ウラン235を2〜4%に濃縮したものを原子炉では使用している。なお核兵器に使うウラン235の濃縮度はほぼ100%となっていて、原子炉で使うものとは殆ど別物である。

ちなみに、精製後、余ったウラン238等は劣化ウランと呼ばれる。

原子炉は、減速材冷却材に使うものと、制御方式や特殊な運用目的によって分類される(それぞれ順不同)。

呼称には表記揺れがあるが、ここでは、一般財団法人高度情報科学技術研究機構の原子力百科事典 ATOMICAでの表記を優先して採用している。

減速材での分類

  • 核分裂炉
  • 核融合炉
    • 磁場閉じ込め式核融合炉
      • トカマク型核融合炉
      • ヘリカル型核融合炉(ステラレータ)
      • タンデムミラー型核融合炉
      • 磁場反転配位(FRC)
    • 慣性閉じ込め式核融合炉
      • レーザー核融合炉

運用目的での分類

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