炉型

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RBMK炉:旧ソ連の独自技術

- RBMK炉とは RBMK炉とは、「Reaktory Bolshoi Moshchnosti Kanalynye」のロシア語の頭文字をとった略称で、日本語では「黒鉛減速沸騰軽水圧力管型原子炉」という長い名前で呼ばれています。これは、旧ソ連が独自に開発した原子炉の形式で、西側諸国では英語の頭文字をとってLWGR(Light Water-cooled Graphite-moderated Reactor軽水冷却黒鉛減速炉)とも呼ばれています。 この原子炉の特徴は、燃料に濃縮度の低いウラン酸化物を使い、減速材に黒鉛、冷却材に軽水を用いている点です。原子炉の心臓部である炉心には、多数の圧力管が縦に設置されています。それぞれの圧力管の中に燃料集合体が挿入され、その中を冷却水が下から上に流れながら沸騰し、燃料から熱を奪い出す構造になっています。 RBMK炉は、当時のソ連が掲げていた「核兵器と発電の両立」という目標のもと、プルトニウム生産も可能な原子炉として開発されました。ウラン資源が豊富で、技術力の面でも制約の多かったソ連にとって、RBMK炉は当時の技術で実現可能な、数少ない選択肢だったと言えるでしょう。 しかし、RBMK炉は、その設計上の特性から、安全性の面でいくつかの欠陥を指摘されていました。実際に、1986年に旧ソ連(現ウクライナ)のチェルノブイリ原子力発電所で起きた大事故は、RBMK炉の持つ構造的な問題点が露呈した結果と言われています。
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原子炉の構造:プール型炉について

原子炉と聞いて、多くの人は巨大な発電所を思い浮かべるかもしれません。しかし実際には、原子炉はその目的や規模によって、様々な種類が存在します。発電用の大型原子炉以外にも、医療分野で病気の診断や治療に役立つものや、工業分野で材料の検査などに利用される小型のものなど、私たちの身の回りには多様な原子炉が活躍しています。 中でも、材料の研究や放射性同位体の製造など、幅広い分野で活用されているのが研究用原子炉です。研究用原子炉は、大学や研究機関などに設置され、基礎研究から応用研究まで多岐にわたる研究開発に利用されています。 今回は、数ある研究用原子炉の中でも、特徴的な構造を持つ「プール型炉」について詳しく解説していきます。プール型炉はその名の通り、原子炉の炉心をプールのような水中に沈めた構造が特徴です。水は中性子を減速させる役割と同時に、原子炉から発生する熱を冷却する役割も担います。プール型炉は、構造が比較的単純であるため、建設や運転が容易であるという利点があります。また、炉心が水中に設置されているため、安全性が高いことも大きな特徴です。
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進化した原子力発電:改良型沸騰水型炉

- 改良型沸騰水型炉とは改良型沸騰水型炉(ABWR)は、従来の沸騰水型炉(BWR)を進化させた原子力発電炉です。ABWRは、「Advanced Boiling Water Reactor」の略称であり、その名の通り、従来のBWRの長所を生かしながら、更なる信頼性向上、安全性強化、そして経済性の向上を実現しています。従来のBWRは、炉心で発生させた蒸気を直接タービンに送って発電するシンプルな構造が特徴です。ABWRは、この基本構造を踏襲しつつ、様々な技術革新によって、より安全で効率的なシステムへと進化しました。ABWRの大きな特徴の一つに、内部ポンプの採用があります。従来のBWRでは、炉心に冷却水を循環させるために大型のポンプを外部に設置していました。ABWRでは、小型のポンプを圧力容器内部に設置することで、配管の数を減らし、機器の信頼性向上と建屋のコンパクト化を実現しました。また、ABWRは、安全性においても飛躍的な向上を遂げています。万が一、原子炉で異常事態が発生した場合でも、外部からの電源供給や人的操作に頼ることなく、自然の物理法則に基づいて原子炉を安全に停止させるシステムが組み込まれています。具体的には、蒸気や水の自然対流を利用した冷却システムや、重力落下による制御棒の挿入など、受動的な安全システムが充実しており、より高い安全性を確保しています。ABWRは、これらの技術革新によって、高い運転実績と信頼性を誇り、世界中で運転されています。日本でも、ABWRは次世代を担う原子力発電炉として期待されています。
原子力発電の基礎知識

原子力発電の心臓部:ループ型原子炉

原子力発電所の中枢を担う原子炉は、その構造によって大きく二つに分類されます。一つはループ型原子炉、もう一つはタンク型原子炉と呼ばれています。この分類は、原子炉冷却材、つまり原子炉内で発生した熱を運ぶための物質の循環方式の違いに基づいています。 ループ型原子炉は、原子炉圧力容器と呼ばれる頑丈な容器の中で核分裂反応を起こし、そこで発生した熱を冷却材へと伝えます。この冷却材は配管によって原子炉の外にある蒸気発生器へと送られ、そこで熱交換によって水を沸騰させて蒸気を発生させます。発生した蒸気はタービンを回し、発電機を駆動する仕組みです。ループ型原子炉は、冷却材が循環する経路がループ状になっていることからその名がつけられました。 一方、タンク型原子炉は、原子炉圧力容器の中に原子炉の主要な機器と冷却材をすべて収納する構造となっています。原子炉内で発生した熱は、冷却材を自然循環またはポンプによって循環させることで蒸気発生器へと伝えられます。ループ型原子炉に比べて構造がシンプルであることが特徴です。 このように、原子炉には大きく分けて二つの型が存在し、それぞれに特徴があります。原子力発電所の設計や運用においては、これらの特徴を理解した上で最適な型を選択することが重要となります。
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原子力発電の心臓部:圧力管型炉の仕組み

- 圧力管型原子炉とは圧力管型原子炉は、原子力発電所で使われる原子炉の一つの型です。この原子炉では、核燃料を収納した燃料集合体が、圧力管と呼ばれる多数の管の中に入れられています。これらの圧力管は、カランドリアタンクと呼ばれる大きな容器の中に規則正しく配置されています。カランドリアタンクの中には、中性子の速度を落とす減速材が入っており、減速材としては重水や黒鉛が使われます。圧力管型原子炉の大きな特徴は、原子炉の炉心で発生した熱を運ぶ冷却材と、中性子の速度を調整する減速材を、それぞれ別の系統として扱うことができる点にあります。これは、他の型の原子炉とは異なる、圧力管型原子炉特有の設計です。冷却材には、加圧された軽水が用いられることが一般的です。高温高圧の冷却材は、圧力管の中を流れながら燃料から熱を奪い、蒸気発生器へと送られます。蒸気発生器では、冷却材の熱を利用して水が沸騰し、蒸気が発生します。この蒸気がタービンを回し、発電機を駆動することで電力が生み出されます。圧力管型原子炉は、冷却材と減速材を別々に管理できるため、原子炉の運転を柔軟に行えるという利点があります。また、燃料交換が比較的容易であることもメリットとして挙げられます。