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水は安価で大量に入手でき、高速中性子の減速能力が大きく、[[冷却材]]を兼ねることも出来る。しかし、中性子吸収量が大きいため、運転に必要な[[反応度|余剰反応度]]を確保するには、[[濃縮ウラン]]を燃料とする必要がある。 |
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* 再立ち上げに時間がかかる |
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*:軽水炉を低負荷で運転すると、原子炉の制御に影響([[キセノンオーバーライド]])する放射性[[キセノン]]の<sup>135</sup>Xeが発生・蓄積しやすい。<sup>135</sup>Xeは半減期が約9時間で、影響がなくなる(10%未満になる)まで36時間ほど要する。この間、[[反応度 |
*:軽水炉を低負荷で運転すると、原子炉の制御に影響([[キセノンオーバーライド]])する放射性[[キセノン]]の<sup>135</sup>Xeが発生・蓄積しやすい。<sup>135</sup>Xeは半減期が約9時間で、影響がなくなる(10%未満になる)まで36時間ほど要する。この間、[[反応度|余剰反応度]]がないと再立ち上げがしにくい(出来ないわけではなく、対策が進んでいる) |
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== 日本における導入 == |
== 日本における導入 == |
2020年1月25日 (土) 01:19時点における版
軽水炉(けいすいろ)は、減速材に軽水(普通の水)を用いる原子炉である。
水は安価で大量に入手でき、高速中性子の減速能力が大きく、冷却材を兼ねることも出来る。しかし、中性子吸収量が大きいため、運転に必要な余剰反応度を確保するには、濃縮ウランを燃料とする必要がある。
アメリカで開発され、世界の80%以上のシェアを占めている(原子炉基数ベース、1999年時点)。
2007年現在、日本で商用稼動している原子力発電所は全て軽水炉。
主な軽水炉
ただし、沸騰水型と加圧水型は冷却材としての水に基づくので、重水炉や黒鉛炉にも同じ分類がある。
特徴
軽水炉は現在、商用発電用原子炉の主流を占めている。これは幾つもの特長によるが、課題もある。
- 小型大出力で、出力当たりプラント建設費が安価
- 核兵器の製造に適さない(核拡散防止に有利)
- 使用する低濃縮ウラン燃料は直接 核兵器の材料にならない(ただしウラン濃縮技術自体は原子爆弾の製造に繋がるため、新規の技術取得は厳しく制限されている。また燃料交換が困難で大工事になる原子力艦用核燃料には交換頻度が下がる(艦退役まで無交換を狙う場合もある)高濃縮ウランが使われる場合がある)。
- また、商用発電用原子炉では経済性が重視されるため燃焼度を高く取る。このため、使用済み燃料に含まれるプルトニウムを再処理して得られる原子炉級プルトニウムには核兵器原料になり得る239Puは約60%程度しか含まれず、逆に核兵器原料として不適な240Puが40%超に上る。240Puが7%以上含まれると過早爆発を起こしてしまうため、核兵器に使用するには239Puが93%以上含まれるよう分離精製する必要があるが、これは技術面・コスト面とも極めて困難であり、核兵器の製造は実質的に不可能とされている(項目「原子爆弾」に詳しい)。
- 一方、燃焼度を低く抑えれば239Puを多く得ることはできるが、一般的な軽水炉では運転中に燃料集合体の取り出しができないため頻繁な運転停止が必要になり、結局 効率よく239Puを得るのが困難であることに変わりはない。
- 蒸気温度の制限から熱効率が低い
- 負荷追従運転が困難
- 再立ち上げに時間がかかる
- 軽水炉を低負荷で運転すると、原子炉の制御に影響(キセノンオーバーライド)する放射性キセノンの135Xeが発生・蓄積しやすい。135Xeは半減期が約9時間で、影響がなくなる(10%未満になる)まで36時間ほど要する。この間、余剰反応度がないと再立ち上げがしにくい(出来ないわけではなく、対策が進んでいる)
日本における導入
日本では戦後に軽水炉による原子力発電が導入されることが決まり、自主開発と海外(主に米国)からの技術導入の2つの方針が採られた。電力会社による商用炉についてはPWRとBWRの併用による海外技術の導入と決まり、電力会社・プラントメーカー・サポートする大学の組み合わせは以下の通りとなった。
この枠組みは現在でも変わらず、後年原子力発電に取り組んだ電力各社もこのどちらかのグループに従っている。
出典
- ^ ジルコニウム合金の圧縮クリープ 西原正夫,西原守,山本俊二 日本材料学会 材料試験(1961年)
- 出典引用
- (5P)450℃では14,17,20kg/mm2の公称応力下で圧縮クリープ試験を行い,更にMo-Cu-Zr合金の引張りクリープ試験も行った。(中略)ジルカロイ2およびMo-Cu-Zr合金はともにクリープが著しく,これに対し18-8ステンレス鋼はほとんどクリープによるひずみ増加が見られない。
- (6P総括3項)18-8ステンレス鋼は室温において一種の遷移クリープを示し、温度が上昇するにつれて却ってクリープしがたくなる傾向があり、瞬間ひずみも室温において他よりも大だが、温度による増加は他より小さい。
- 引用者注釈
- ジルカロイ2被覆管は450℃加圧水中では圧縮クリープで減径するが18-8ステンレスは減径しないという事
- ^ 用語解説 核燃料サイクル開発機構 研究開発課題評価委員会 平成13年度研究開発課題評価(事後評価)報告書
- 出典引用
- PCMI(Pellet Cladding Mechanical Interaction)ペレット-被覆管機械的相互作用の意味で、ペレットの膨れ、被覆管の外圧クリープによってペレットと被覆管が接触し、相互に力を及ぼす作用のこと。出力急昇時には熱膨張したペレットが被覆管を押し広げることで被覆管が破損する場合がある。