軽水炉
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軽水炉（けいすいろ）は、減速材に軽水を用い、核燃料として低濃縮ウラン燃料を装荷している原子炉。
軽水が減速材と冷却材を兼ねている原子炉で、アメリカで開発され、現在、世界の80％以上のシェアを占めている（原子炉基数ベース、1999年現在）。2007年現在、日本で商用稼動している原子力発電所は全て軽水炉。
目次 |
[編集] 技術的特徴
軽水炉の技術的利点
- 軽水は安価で大量に入手でき、高速中性子の減速能力が大きいが、吸収も大きいため軽水炉では運転に必要な余剰反応度を確保するために濃縮ウランを使用しなければならない。
- 軽水の減速能力が大きいため減速材の厚みを薄くでき、燃料棒を密に配置できるため、軽水炉は現在、商用発電炉の主流を占めている。その主たる理由は下記2点である。
現在の軽水炉の技術的問題点（解決不能の構造欠陥ではなく、技術改善が進んでいる）
- 熱効率が悪い
- 軽水の中性子吸収が大きい事をカバーするため、現在の軽水炉商業原子力発電所の燃料被覆管は（中性子吸収は少ないが）450度以上高圧下でクリープ変形で徐々に減径するジルコニウム合金を使用しているため、蒸気温度が300度前後と火力発電の半分までしか上げられず、火力発電熱効率43％に対し熱効率30％に留まっている。この低熱効率は、建物・人員被曝や燃料消費量・放射性廃棄物排出量の割りに発電出力が低い原因になっている。
- 出典引用）（5P）450℃では14,17,20kg/mm2の公称応力下で圧縮クリープ試験を行い,更にMo-Cu-Zr合金の引張りクリープ試験も行った。（中略）ジルカロイ2およびMo-Cu-Zr合金はともにクリープが著しく,これに対し18-8ステンレス鋼はほとんどクリープによるひずみ増加が見られない。（注釈：ジルカロイ2被覆管は450℃加圧水中では圧縮クリープで減径するが18-8ステンレスは減径しないという事）（中略）（6P総括3項）18-8ステンレス鋼は室温において一種の遷移クリープを示し、温度が上昇するにつれて却ってクリープしがたくなる傾向があり、瞬間ひずみも室温において他よりも大だが、温度による増加は他より小さい。（引用終了）
- [1]
- 昼夜電力需要差に応じた負荷追従運転が困難
- 下記のように被覆管･燃料材質とキセノンオーバーライドが理由で負荷追従運転が困難
[編集] 核兵器拡散防止上の特徴
軽水炉で原子爆弾の反応材となるプルトニウムを生成するのは、あまりよい方法ではない。軽水炉では運転中の燃料交換ができず、燃料集合体の燃焼度が高くなるためPu239が中性子を吸収してPu240になり、使用済み燃料のPu240含有量が20％を超える。Pu240が8％以上含まれたプルトニウムを原料として爆縮型原子爆弾を作った場合、Pu240の自発核分裂によってPu239の殆どが、中性子を吸収して核分裂を起こす前に吹き飛ばされてしまい、原子爆弾の威力が1kt前後まで著しく低下する（過早爆発）。そのため、一般的に軽水炉使用済み燃料を再処理して製造したプルトニウムは、そのままでは原子爆弾製造原料には適さないとされており「燃料級プルトニウム」と呼称される。因みに北朝鮮などにある黒鉛炉でウラン燃料を短期間燃焼して製造したPu239含有量93％以上のプルトニウムを「兵器級プルトニウム」と呼ぶ。
[編集] 主な軽水炉
[編集] 関連項目
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