防災用品について

冷却材とは?原子炉の炉心冷却の役割

冷却材とは、原子炉の炉心における核反応によって発生した熱を、炉外に取り出す役割を果たす物質のことです。 原子炉の炉心の核燃料では、核分裂反応により膨大な熱が発生します。この熱をそのままにしておくと、炉心が溶融するなど原子炉事故を引き起こす危険性があります。そこで、冷却材を炉心に循環させて熱を吸収し、炉外に取り出します。冷却材には、水、重水、ガス、金属などが使用されます。原子炉の炉心では、核分裂反応によって中性子とエネルギーが放出されます。これらのエネルギーは炉心の構造物や燃料に吸収され、熱に変換されます。この熱をそのままにしておくと、炉心が溶融するなど原子炉事故を引き起こす危険性があります。そこで、冷却材を炉心に循環させて熱を吸収し、炉外に取り出します。冷却材は、水、重水、ガス、金属などが使用されます。冷却材は、原子炉の種類によって異なります。軽水炉では、水または重水を冷却材として使用します。沸騰水炉では、冷却材の水を沸騰させて蒸気を発生させ、その蒸気をタービンに送って発電します。加圧水炉では、冷却材の水を高温高圧で循環させ、その熱を蒸気発生器で水蒸気に伝えて発電します。ガス炉では、ヘリウムガスを冷却材として使用します。
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崩壊熱とは?仕組みから解説

崩壊熱とは、核分裂反応に伴って発生する熱のことです。原子炉が停止している状態でも、核分裂生成物は放射性崩壊を続けています。この放射性崩壊によって発生する熱を崩壊熱といいます。崩壊熱は、原子炉の制御棒を引き抜いて原子炉を停止させた直後には最大値に達し、その後、時間とともに減少していきます。
例えば、原子炉が停止した直後に100%だった崩壊熱は、1時間後には60%、1日後には3%、1年後には0.1%程度に減少します。これは、崩壊熱の大部分は短寿命の核分裂生成物によるもので、長寿命の核分裂生成物の崩壊熱はごくわずかだからです。
崩壊熱は、原子炉の安全運転に重要な役割を果たしています。原子炉が停止した後に崩壊熱を適切に除去することができなければ、原子炉の燃料が高温になりすぎて溶融し、原子炉の容器が破壊される可能性があります。そのため、原子炉には、原子炉が停止しても崩壊熱を適切に除去できる冷却系が備えられています。
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燃料集合体とは?

燃料集合体とは?燃料集合体とは、原子炉の中で核燃料を格納する構造物です。構成は、丸い燃料ペレットを内包する燃料棒を束ねて、六角形の筒状の金属容器で覆っています。燃料棒は、二酸化ウランや、ウランとプルトニウムの混合酸化物などの核燃料を、ステンレス鋼やジルカロイなどの金属管に収めたものです。燃料棒の長さは、約4メートル、直径は約1センチメートルです。1つの燃料集合体は、約300本の燃料棒で構成されており、高さは約4メートル、幅は約17センチメートルです。燃料集合体は、原子炉の中で、冷却材の流れに沿って配置されています。冷却材は、燃料集合体を冷却し、熱を取り除きます。燃料集合体は、原子炉の重要な構成部品であり、原子炉の運転を安全かつ効率的に維持するために、定期的に検査や交換が行われます。
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臨界事故ってなに?そのメカニズムと予防策

臨界事故とは、原子力施設において、核分裂反応の連鎖が制御不能となって、短時間に大量の放射線を放出する事故のことである。臨界事故は、原子炉の設計ミスや運転ミス、あるいは自然災害などによって、原子炉の燃料となる核物質の量や密度が臨界状態に達することによって引き起こされる。臨界状態とは、核物質の量が臨界量に達し、核分裂連鎖反応が自持的に進行する状態のことである。核物質の臨界量は、核分裂反応を引き起こす中性子の数と、中性子を吸収する核分裂生成物や構造材料の数とのバランスによって決まる。臨界量に達すると、核分裂連鎖反応が指数関数的に増大し、短時間に大量の放射線を放出することになる。臨界事故は、原子力施設の安全性を脅かす重大な事故である。そのため、原子力施設では、臨界事故を防止するためのさまざまな対策が取られている。これらの対策には、原子炉の設計を工夫して臨界状態になりにくい構造にすること、原子炉の運転を厳重に管理すること、原子炉を地震や津波などの自然災害から守るための対策を講じることなどがある。