原子炉

ウラン 235，ウラン 233またはプルトニウム 239などを燃料として核分裂連鎖反応を制御しながら持続させ，一定のエネルギー出力を取り出す装置。現在，発電用として運転中のものは大部分が速度の遅い熱中性子で核分裂連鎖反応を起こさせる熱中性子炉と呼ばれる型のもので，天然または濃縮ウランを使い，ウラン 235の核分裂が効率よく行なわれるように工夫されている。ウラン 235は熱中性子に対する核分裂確率が大きいので，核分裂で生じた高速中性子を熱中性子にするため軽水 (普通の水) ，重水，黒鉛などの減速材を用いる。炉の制御は制御棒によって中性子の密度を加減して行なう。核分裂で生ずるエネルギーは，熱として炉心中を通過する冷却材で取り出す。この熱を動力源として用いる原子炉を動力炉といい，原子力発電や船舶の推進の動力として利用する。小型であって熱は利用せず，主として中性子源として研究用に用いるものを研究炉という。使用する燃料，減速材，その他構造上の相違で各種のものがある。また，炉中の中性子や炉外に取り出された熱中性子は種々の物質の照射に利用されている。さらに，新型原子炉の開発段階で，製作技術の開発研究用につくられる実験炉もある。

知恵蔵の解説

燃料となる核分裂性物質を炉の中央に一定間隔で並べ、核分裂で発生する中性子を吸収する物質(制御棒)をその周囲に配置した装置。制御棒の出し入れによって、一定レベルの核分裂が起きる臨界状態を保つ。原子力基本法では「核燃料物質を燃料として使用する装置」と定めている。核分裂で生じた高速で飛ぶ中性子は連鎖反応を起こしにくいので、速度を落として熱中性子にする必要がある。そのときの減速材に何を使うか。また、発生する熱を取り出す冷却材をどのような物質にするか。燃料、減速材、冷却材の種類によって炉型も異なる。世界の商業用原子炉の主流はウラン(U)燃料で、減速材と冷却材はともに普通の水(軽水)。そのため軽水炉と呼ばれる。高速増殖炉はプルトニウム(PU)を燃料に使う。減速はせず、冷却材はナトリウムの場合が多い。研究炉や軍事用プルトニウム生産炉には、高濃縮ウランを燃料にしたもの、黒鉛減速、ガス冷却などがある。また、ウラン燃料を粒状にして、減速材の炭化ケイ素で被覆し、ヘリウムで冷却する高温ガス炉も商業用に研究されている。世界初の原子炉は、米国の原爆開発に関連してできたシカゴ・パイル(1942年)。日本で最初に稼働したのは、茨城県東海村にあった日本原子力研究所(当時)のJRR-1(57年)。66年に日本原子力発電(原電)の東海発電所が初めて営業運転を開始し、続いて原電・敦賀1号機、関西電力・美浜1号機、東京電力・福島第一1号機が営業運転に入った。2001年に発足した「第4世代原子力システムに関する国際フォーラム」(GIF)には日本、米国、英国、アルゼンチン、ブラジル、カナダ、フランス、韓国、南アフリカ、スイス、中国、ロシアの12カ国と欧州原子力共同体(ユーラトム)が参加。ナトリウム冷却高速炉、超高温ガス炉、ガス冷却高速炉、超臨界圧水冷却炉、鉛冷却高速炉、溶融塩炉の6つの炉型で研究・開発協力が進行中だ。

特に記載のない限り、コミュニティのコンテンツはCC BY-SAライセンスの下で利用可能です。