原子炉の種類と特徴について【電験三種】

原子力発電の概要については、別項にて説明しました。
本項では原子力発電のメインとなる要素である原子炉の種類を取り上げましょう。

原子炉には次のような種類があります。

それぞれの特徴について説明しましょう。
沸騰水型原子炉
原子炉内で発生させた核分裂による熱によって冷却材の軽水が沸騰し、作られた蒸気てタービンを回して発電します。
タービンを回した後の蒸気は復水器で水となり原子炉に戻り再び冷却材として仕事をし循環するのが沸騰水型原子炉の仕組みです。

核燃料は濃縮ウランで、冷却材、減速材は軽水を使用します。
単純な構造で、供給する軽水の量を調整して出力の調整をできるのが特徴です。

加圧水型原子炉
原子炉内を高圧にして水の沸騰を防ぎ、高温、高圧の水を熱交換器に送ります。熱交換器で発生させてた蒸気でタービンを回して発電させる仕組みです。
原子炉と熱交換器の循環と、熱交換器とタービン・復水器の循環があり、このように2系統の循環があるシステムを間接サイクルといいます。

沸騰水型より複雑ですが、循環系統を2つにしているのは、原子炉で発生する放射性物質をタービン側に行かせないためです。もちろん、原子炉から放射性物質が出ないように作られていますが、安全面が優れているのが加圧水型の特徴です。

主に上記二つが日本で利用されていますが、他にも利用されているいくつかの種類も取り上げましょう。
ガス冷却型
加圧水型と同じ間接サイクルの原子炉ですが、構成材料の違いがあります。
燃料は天然ウラン、減速材と反射材が黒煙、冷却材は炭酸ガス、制御材はホウ素綱などです。
ガス冷却型原子力発電所をもとにして、燃料を濃縮ウランにしたものを改良ガス冷却型原子力発電所といい、改良ガス冷却型の冷却材をヘリウムガスに変更したものを高温ガス冷却型原子力発電所といいます。

新型転換炉
直接サイクルの原子炉で、燃料にプルトニウムを使用する熱中性子炉です。減速材に重水、冷却材に軽水を使用します。

高速増殖炉
高速増殖炉は、3つの循環系があり、原子炉から中間熱交換器、中間熱交換器から蒸気発生機、蒸気発生機からタービンの3系統です。
運転しながらウラン238をプルトニウム239に変換でき、消費より燃料を多く生み出せるのが大きな特徴になります。
このように3つの循環毛が必要なのは、冷却材に使っている液体ナトリウムが、タービン側の水と接触し発熱・発火による事故が起きないようにするためです。

原子力発電にもいくつもの種類がありますが、主に利用されている沸騰水型と加圧水型は必ず覚えるようにしましょう。