日本の原子力発電

原発の基本的仕組み
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最終更新日:2014/02/13 14:33

電気の作り方には色々ありますが、ソ-ラパネルや化学反応を利用した発電以外は

基本的には発電機のタ-ビンを回すことで発電します。

自転車の発電と同じ原理です。

タ-ビンを何の力で回すかです。

風の力で回せば風力発電、水の力で回せば水力発電です。

 

産業革命で水蒸気の力で回す事が出来るようになって蒸気機関が出来ました。

水が沸騰して水蒸気になった時1600倍の容積になると言われます。

その膨張圧力でタ-ビンを回すことが一般的に行なわれています。

要するに何かを燃やしてその発熱で水を沸騰させて蒸気を作るのです。

石炭、石油、ガス、ゴミ、木屑・・・・そして原子力発電です。

 

原理は単純なのですが、原子力の場合はウランを分裂(燃やす)させて熱(エネルギ-)を作ります。

分裂させるためにウランに中性子をぶつけますが、分裂が急速に進行すると爆発するし、

中性子のスピ-ドが早すぎてもウランを上手く分裂させることが出来ません。

また分裂時のエネルギ-は強大なために必要以上な過熱を防ぐため絶えず冷却が必要です。

上手く分裂を進めるためには難しいコントロ-ルが必要になります。

   * ウランにぶつける中性子の数を一定に保つ

   * 減速剤で中性子のスピ-ドを遅くする(スピ-ドが遅くなった中性子は熱中性子とも呼ばれる)

   * 加熱を防ぐ冷却材を使用する

 これらの制御の方法で色々なタイプの原子炉に分類されます。

 

「中性子の数のコントロ-ル」

   ウランに熱中性子を衝突させると核分裂を起こします。

分裂したウランは数個の中性子を放出し、その中性子が他のウランに衝突してまたウランは分裂します。

そのままでは連鎖的に分裂が拡大しますから余分な熱中性子をウランに衝突しないように吸収する必要があります。

主として制御棒が働きます。

制御棒を抜くと中性子は自由に動き回り、

挿入すると中性子を吸収しますから分裂は停止します。

制御棒は核燃料ウランの棒や束ねた集合体の隙間に入ります。

   事故やトラブルがあったとき瞬間的に制御棒が挿入され核分裂は停止します。

 核分裂が停止した後も放射性元素は崩壊を続け膨大な熱(エネルギ-)を出します。

そのため数年間は水で冷却する必要があります。

今回の福島の事故ではせっかく核分裂は停止したのに

地震による破損で水が抜けてメルトダウンをしてしまいました。

 その他に水(軽水)や原子炉の構造物も中性子を吸収します。

 

「減速材の違い」

   通常の中性子は高速中性子と言われ飛ぶスピ-ド速いためウランを通過してしまいます。

 そのため減速材で中性子のスピ-ドを遅くして熱中性子にします。

減速材として日本では通常軽水を使用します。

軽水とは普通の水の事です。

そのため日本の原子炉は沸騰水型軽水炉とか加圧水型軽水炉などと軽水炉と言われています。

沸騰水型や加圧水型については後ほど説明します。

そのほかの減速材には重水を使用する重水炉や黒鉛を利用する黒鉛炉があります。

      * 重水  水はH2Oですがその場合のH(水素)の内容ですが、通常の水はH-1です。

 重水はH-2です。

 H-1には中性子がありませんが、H-2には中性子が1個含まれます。

 そのため中性子1個分だけ重いので重水と言われます

      * 黒鉛を利用する炉として有名なのは事故を起こしたチェルノブイリです。

 

「冷却材の種類」

   水は冷却効果が高いので基本的には減速剤を兼ねて水が使われます。

 その外には重水、ガス、液体金属なども利用されます。

      * 実現の可能性がない高速増殖炉「もんじゅ」では液体ナトリウムが利用されています。

 

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