制御

原子力の安全

原子炉制御の鍵!実効遅発中性子割合とは?

原子力発電の心臓部とも言える原子炉では、ウランなどの核燃料が核分裂という反応を起こすことで、莫大なエネルギーを熱として生み出しています。この核分裂という現象において、非常に重要な役割を担っているのが中性子です。 中性子は原子核を構成する粒子のひとつで、電気的な性質である電荷を持たないという特徴を持っています。このため、中性子は他の原子核に容易に吸収されるという性質を持っています。ウランなどの重い原子核に中性子が吸収されると、その原子核は不安定な状態になり、二つ以上の原子核に分裂します。これが核分裂です。 核分裂の際に、分裂した原子核からは再び中性子が飛び出してきます。この中性子がまた別のウラン原子核に吸収され、核分裂を起こす。このような反応が連鎖的に起こることで、原子炉の中では安定した熱エネルギーの供給が可能となるのです。
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原子炉の安全運転を支える核計装

原子炉は、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す施設です。この反応を安全かつ安定的に持続させるためには、原子炉内の核分裂反応の程度を調整することが不可欠です。この調整を担うのが「原子炉の制御」であり、原子炉の安全運転において最も重要な要素の一つです。 原子炉の制御を行うためには、まず原子炉内で起こっている核分裂反応の状態を正確に把握する必要があります。この状態を示す重要な指標となるのが「中性子」です。中性子は、核分裂反応に伴って放出され、さらに他の原子核に衝突して新たな核分裂反応を引き起こす役割を担っています。つまり、原子炉内での中性子の数は、核分裂反応の程度、ひいては原子炉の出力を左右する重要な要素となるのです。 原子炉内の中性子の状態を計測し、その情報を元に原子炉の運転を監視・制御するのが「核計装」の役割です。核計装は、中性子検出器など様々な機器から構成され、原子炉内の中性子の数やエネルギーレベルなどの情報をリアルタイムで計測します。そして、これらの計測データは制御システムに送られ、原子炉の出力を一定に保つ、あるいは変化させるといった制御が行われます。 このように、核計装は、原子炉の安全運転を支える上で欠かせない技術と言えるでしょう。
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原子炉制御の鍵:遅発中性子

原子力発電所では、ウランなどの重い原子核が中性子を吸収して二つ以上の原子核に分裂する現象を利用して莫大なエネルギーを生み出しています。この現象を核分裂と呼びます。核分裂が起こると同時に、熱や光とともに中性子が飛び出してきます。この中性子のうち、核分裂とほぼ同時に放出されるものを即発中性子と呼びます。一方、核分裂によって生じた不安定な原子核(核分裂生成物)の一部がベータ崩壊する過程で放出される中性子もあります。これを遅発中性子と呼びます。即発中性子は核分裂発生とほぼ同時に放出されるのに対し、遅発中性子は核分裂生成物の種類や状態によって放出されるまでの時間にばらつきがあり、数秒から数分の時間を経てから放出されます。 遅発中性子は、即発中性子に比べて数が少ないものの、原子炉の運転制御において重要な役割を担っています。これは、遅発中性子の生成が核分裂生成物の崩壊に依存し、その発生頻度が原子炉内の出力変化に追従するという特性を持つためです。原子炉の出力制御は、この遅発中性子の生成頻度を調整することによって行われています。このように、原子炉の安定運転には、即発中性子と遅発中性子の両方が重要な役割を果たしています。