原子炉を守る圧力抑制系の仕組み

原子炉を守る圧力抑制系の仕組み

圧力抑制系とは

– 圧力抑制系とは原子力発電所では、発電の際に発生する熱を安全に取り扱うために、様々な工夫が凝らされています。中でも、原子炉で万が一事故が発生した場合に備え、放射性物質が外部に漏れ出すことを防ぐための安全装置は特に重要です。その重要な安全装置の一つが、圧力抑制系です。圧力抑制系は、原子炉で蒸気を発生させる装置である原子炉圧力容器と繋がった巨大なプールのようなものです。このプールには、あらかじめ大量の水が貯められています。原子炉内で何らかの異常が発生し、圧力容器内の圧力が異常に上昇した場合、圧力抑制系が作動します。具体的には、圧力容器と圧力抑制系を繋ぐ配管に設置された弁が開き、圧力容器内の蒸気が圧力抑制室に放出されます。圧力抑制室に放出された蒸気は、プール内の水と接触し、急速に冷やされて水に戻ります。これにより、原子炉圧力容器内の圧力は低下し、安定した状態を保つことができるのです。圧力抑制系は、事故発生時の原子炉の圧力上昇を抑制し、放射性物質の外部への放出を防ぐという、原子力発電所の安全確保に欠かせない重要な役割を担っています。

冷却材喪失事故と圧力抑制系の役割

原子炉の中では、ウランやプルトニウムなどの核燃料が核分裂反応を起こし、膨大なエネルギーを熱として放出します。この熱を効率よく取り除き、蒸気発生器で蒸気を作り出すために、原子炉内には常に冷却材が循環しています。冷却材には、熱を効率よく吸収し、 neutron を吸収しにくい性質を持つ水が一般的に用いられています。

しかし、地震や配管の破損など、予期せぬ事態によって冷却材が大量に流出してしまう事故が起こることがあります。これが冷却材喪失事故です。冷却材喪失事故が発生すると、原子炉内の圧力が急激に上昇し、格納容器と呼ばれる原子炉を包む頑丈な構造物に大きな負担がかかります。最悪の場合、格納容器が破損し、放射性物質が環境中に放出される可能性も否定できません。

このような事態を防ぐために、原子力発電所には圧力抑制系と呼ばれる安全装置が設置されています。圧力抑制系は、冷却材喪失事故発生時に、原子炉内の圧力と温度を速やかに下げる役割を担います。具体的には、大量の冷却水を貯めた圧力抑制室と呼ばれる巨大なプールと、原子炉を繋ぐ配管から構成されています。冷却材喪失事故が発生し原子炉内の圧力が異常に上昇すると、圧力抑制系の弁が開き、高温高圧の蒸気と水が圧力抑制室に流れ込みます。圧力抑制室内の大量の冷却水と接触することで、蒸気は冷却され、水に戻ります。これにより、原子炉内の圧力と温度が低下し、格納容器の破損を防ぐことができるのです。

沸騰水型原子炉における圧力抑制系

沸騰水型原子炉は、水を冷却材として利用し、原子炉内で加熱して蒸気を発生させ、その蒸気の力でタービンを回転させて発電する仕組みです。
このタイプの原子炉には、炉内で発生した蒸気の圧力を安全に制御するための重要な設備として、圧力抑制系が備わっています。

圧力抑制系は、原子炉の運転中に何らかの異常が発生し、炉内の圧力が異常に上昇した場合に作動します。
具体的には、原子炉と接続された配管を通じて、高圧の蒸気を圧力抑制室と呼ばれる巨大なプールに導きます。
圧力抑制室には大量の水が貯められており、高温の蒸気は、このプール内の水と直接接触することで急激に冷却され、凝縮されます。
蒸気が水に変化する際には体積が大きく減少するため、炉内の圧力を効果的に下げることができます。

圧力抑制系は、原子炉の安全性を確保する上で不可欠な設備です。
このシステムによって、万が一、原子炉内で蒸気が過剰に発生した場合でも、圧力の上昇を抑制し、原子炉容器や配管への過剰な負荷を防ぐことができます。
このように、圧力抑制系は、沸騰水型原子炉の安全性を支える重要な役割を担っているのです。

圧力抑制プールの種類

原子力発電所において、過酷事故時に原子炉格納容器内の圧力を下げる重要な役割を担うのが圧力抑制プールです。このプールは、その設計の違いから大きく分けてMark I、Mark II、Mark IIIの3つのタイプに分類されます。

まずMark I型は、初期に開発されたタイプで、プールはトーラス状の形をしています。ベント管はプールの底部に配置されており、蒸気がプール水に直接放出される構造です。次にMark II型は、Mark I型の改良型として開発されました。プールは円筒形になり、ベント管はプールの上部に設置されました。蒸気は、プールの上部から水面に向かって放出されるため、Mark I型と比べて蒸気凝縮効率が向上しています。そしてMark III型は、最新の設計が採用されています。Mark II型と同様に円筒形のプールですが、ベント管の先端に、さらに蒸気を細かく分散させるための装置が取り付けられています。これにより、より効率的に蒸気を凝縮させ、圧力を抑制することが可能となりました。

このように、圧力抑制プールは時代と共に進化を遂げてきました。それぞれのタイプは、安全性と効率性を高めるための設計上の工夫が凝らされており、原子力発電所の安全性を確保する上で重要な役割を果たしています。

加圧水型原子炉における圧力抑制系

– 加圧水型原子炉における圧力抑制系加圧水型原子炉は、その名の通り、冷却材である水を高い圧力で循環させることで、沸騰を抑えながら原子炉を冷却しています。しかし、万が一事故が発生した場合、原子炉内の圧力が急上昇し、格納容器の破損に繋がる可能性があります。これを防ぐために、加圧水型原子炉には圧力抑制系と呼ばれる安全装置が備わっています。圧力抑制系は、格納容器内に設置された巨大なプールのようなもので、大量の氷水を貯めています。事故発生時、原子炉から高圧の蒸気が発生すると、圧力抑制系のプールに導かれます。高温の蒸気はプール内の氷水と接触することで、急速に冷却され、水に戻ります。水は蒸気に比べて体積が小さいため、この状態変化によって格納容器内の圧力は効果的に抑制されます。圧力抑制系は、事故時の圧力上昇を緩和し、格納容器の破損を防ぐための重要な役割を担っています。このシステムにより、原子炉の安全性を高め、周辺環境への影響を最小限に抑えることが可能となっています。