原子炉の安全を守る：残留熱除去系の役割

原子炉の安全を守る：残留熱除去系の役割

原子炉停止後の熱と残留熱除去系

原子力発電所では、ウランなどの核燃料が核分裂反応を起こすことで莫大なエネルギーを生み出し、発電を行っています。原子炉運転中は、この核分裂反応によって非常に高い熱が発生します。発電のために原子炉の運転を停止した後でも、核燃料は放射線を出しながら崩壊を続けるため、発熱は完全には止まりません。これはちょうど、熱いストーブを消しても、しばらくの間は熱を持っているのと同じような状態です。この、原子炉停止後に燃料から発生し続ける熱を「崩壊熱」と呼びます。

崩壊熱に加えて、原子炉の運転停止後には、原子炉内の機器や配管などからも熱が発生します。これは、運転中に高温になった機器などが、徐々に冷めていく過程で周囲に熱を放出するためです。このような、機器などから発生する熱を「顕熱」と呼びます。

崩壊熱と顕熱によって、原子炉停止後も原子炉内には熱が蓄積され続けるため、適切に熱を除去しないと原子炉内の温度が上昇し、燃料の損傷や炉心の溶融といった深刻な事故につながる可能性があります。そこで重要な役割を担うのが、「残留熱除去系」と呼ばれるシステムです。残留熱除去系は、原子炉停止後に発生する崩壊熱や顕熱を安全に除去し、原子炉を冷却状態に保つための重要な安全設備です。原子炉の安全を確保するため、残留熱除去系は複数系統が設置されており、多重化によって信頼性を高めています。

沸騰水型原子炉における残留熱除去系の多様な役割

– 沸騰水型原子炉における残留熱除去系の多様な役割

沸騰水型原子炉（BWR）は、ウラン燃料の核分裂で発生する熱を利用して蒸気を生成し、タービンを回して発電するシステムです。このシステムにおいて、残留熱除去系は、原子炉の運転停止後も燃料から発生し続ける熱、いわゆる残留熱を安全に除去するために重要な役割を担っています。

残留熱除去系は、停止時冷却モードと呼ばれる運転モードにおいて、原子炉停止後に炉心の冷却を行います。原子炉運転中は燃料の核分裂反応によって膨大な熱が生まれますが、運転停止後も燃料は放射線を出し続けるため、時間経過と共に徐々に減少していくとはいえ、熱の発生は続きます。残留熱除去系は、この残留熱を冷却水によって吸収し、原子炉の過熱を防ぐ役割を担います。

残留熱除去系は停止時冷却モード以外にも、様々な運転モードを持ち合わせています。例えば、原子炉を外部と隔離する際に原子炉内の圧力を調整する蒸気凝縮モードや、万が一、事故が発生した場合に原子炉格納容器内の圧力を抑制するプール水を冷却する圧力抑制室プール水冷却モード、燃料プール水を冷却する燃料プール冷却モードなどがあります。

このように、残留熱除去系は、原子炉の通常運転時だけでなく、異常時や事故時においても、状況に応じて多様な機能を発揮することで、原子炉の安全を確保する上で極めて重要な役割を担っていると言えます。

冷却材喪失事故への備え

– 冷却材喪失事故への備え

原子力発電所では、万が一の事故発生時にも安全を確保するために、様々な対策が講じられています。その中でも特に重要な事故の一つに、冷却材喪失事故が挙げられます。これは、配管の破損など何らかの要因で原子炉内の冷却材が外部に漏れ出てしまう事故です。冷却材が失われると、原子炉内の熱が適切に除去されなくなり、炉心損傷などの深刻な事態に繋がる可能性があります。

このような冷却材喪失事故発生時に備え、原子力発電所には残留熱除去系と呼ばれる安全対策システムが設置されています。残留熱除去系は、事故発生時に自動的に作動し、原子炉を冷却する重要な役割を担います。

冷却材喪失事故が発生すると、残留熱除去系はまず非常用炉心冷却系の一部として機能し、原子炉内への注水を開始します。これは、冷却材を失った原子炉を冷却し、炉心の温度上昇を抑えるための緊急措置です。

その後、運転員の操作によって残留熱除去系は格納容器スプレイ冷却系としての機能に切り替わります。原子炉格納容器は、原子炉やその関連機器を収納する頑丈な構造物ですが、格納容器スプレイ冷却系は、その内部に冷却水を噴霧することで、蒸気を冷却し格納容器内の圧力上昇を抑制します。これにより、格納容器の破損を防ぎ、放射性物質の外部への漏えいを防ぐことができます。

このように、残留熱除去系は冷却材喪失事故発生時に多段階で機能することで、原子力発電所の安全を確保する上で重要な役割を担っています。