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独自技術が生んだ原子力発電:カナダ型重水炉

- カナダ型重水炉とはカナダ型重水炉は、その名の通りカナダで開発された原子力発電炉です。正式名称はCANDU炉と言い、これは「CANadian Deuterium Uranium(カナダ重水ウラン)」の頭文字を取ったものです。この原子炉は、現在世界で主流となっている軽水炉とは異なる設計思想に基づいており、独自の技術が使われています。最大の特徴は、天然ウランを燃料として使用できる点です。ウランには、核分裂しやすいウラン235と、そうでないウラン238が存在します。天然ウランにおけるウラン235の濃度はわずか0.7%程度ですが、カナダ型重水炉はこの濃度のまま燃料として使用できます。一方、軽水炉ではウラン235の濃度を3~5%程度にまで濃縮する必要があり、特別な施設とコストがかかります。さらに、カナダ型重水炉は運転中に燃料交換が可能という利点も持ち合わせています。軽水炉の場合、燃料交換を行うためには原子炉を停止しなければなりませんが、カナダ型重水炉は運転を続けながら燃料交換ができます。そのため、高い稼働率を維持することが可能です。しかし、カナダ型重水炉にも課題はあります。軽水炉に比べて大型になりやすく、建設コストが高額になりやすい点は、導入を検討する上で重要な要素となります。このように、カナダ型重水炉は独自の技術を用いることで、天然ウランの使用や運転中の燃料交換といった特徴を実現しています。世界的に見ると、カナダをはじめ、インドや韓国などで採用されている原子炉です。
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原子炉の要!シールプラグの役割

新型転換炉は、ウラン資源を効率的に利用できる未来の原子炉として、世界中で研究開発が進められてきました。中でも、日本で独自に開発された原型炉「ふげん」は、数々の先進技術を駆使して設計された画期的な原子炉でした。 「ふげん」の心臓部である原子炉炉心には、燃料集合体の上部にシールプラグと呼ばれる重要な部品が取り付けられています。シールプラグは、高温・高圧の冷却材である水を原子炉内に閉じ込め、外部への漏洩を防ぐための重要な役割を担っていました。 原子炉内部は、核分裂反応によって非常に高い圧力になっています。シールプラグは、この高い圧力に耐えながら、原子炉内を密閉状態に保たなければなりません。「ふげん」のシールプラグは、特殊な金属材料と複雑な構造設計によって、過酷な環境下でも安定して機能するように設計されていました。 また、シールプラグは、燃料交換の際に燃料集合体ごと原子炉から取り出されるため、高い信頼性と耐久性が求められました。「ふげん」の開発では、シールプラグの性能を評価するために、実機サイズの試験装置を用いた厳しい試験が繰り返し実施されました。 このように、「ふげん」のシールプラグは、日本の高い技術力を結集して開発された重要な部品であり、新型転換炉の実用化に向けて大きく貢献しました。
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原子炉の心臓部、カランドリア管の役割

- カランドリア管とは原子力発電において、特に新型転換炉(CANDU炉)のような重水を減速材として使用する原子炉において、カランドリア管は炉心の心臓部と言える重要な部品です。原子炉の炉心には、カランドリアタンクと呼ばれる巨大なタンクが設置されています。このタンクの中には、多数のカランドリア管が垂直に林立するように配置されており、原子炉の安全かつ効率的な運転に欠かせない複数の役割を担っています。まず、カランドリア管は、核分裂反応を維持するための燃料棒を収納する容器としての役割を果たします。燃料棒は、ウラン燃料を封入した棒状のもので、カランドリア管の中に挿入されます。そして、カランドリア管の外側を流れる減速材である重水によって、燃料棒内のウランは核分裂反応を起こします。同時に、カランドリア管は、燃料棒と減速材である重水を隔てる役割も担います。燃料棒は高温高圧な状態になるため、減速材と直接接触すると腐食などが発生する可能性があります。カランドリア管は、耐食性に優れたジルコニウム合金などで作られており、燃料棒を保護するとともに、減速材である重水の純度を保つ役割を果たします。このように、カランドリア管は、燃料棒の収納、核分裂反応の制御、そして燃料棒と減速材の隔離という、原子炉の安全かつ効率的な運転に不可欠な複数の重要な役割を担っているのです。
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原子炉の心臓部!圧力管の役割とは?

原子力発電所の心臓部である原子炉には、核燃料から発生する熱を効率的に取り出すための重要な部品が数多く存在します。その中でも「圧力管」は、原子炉の安全性を左右する重要な役割を担っています。 圧力管は、その名の通り原子炉内で発生する高い圧力に耐えることができる特殊な管です。原子炉の中では、核燃料の熱によって高温高圧になった冷却材が循環しています。圧力管は、この過酷な環境にさらされながらも、冷却材を安全に封じ込めておく必要があります。 このような過酷な条件に耐えるため、圧力管にはジルコニウム合金が用いられています。ジルコニウム合金は、高い強度と耐食性を持ち合わせているだけでなく、中性子を吸収しにくいという特性も備えています。これらの特性により、ジルコニウム合金製の圧力管は、高温高圧の冷却材に長期間にわたって耐え、原子炉の安全運転に貢献することができるのです。