加圧水型原子炉

加圧水型原子炉（かあつすいがたげんしろ、英: Pressurized Water Reactor, PWR）は、原子炉の一種。核分裂反応によって生じた熱エネルギーで、一次冷却材である加圧水（圧力の高い軽水）を300℃以上に熱し、一次冷却材を蒸気発生器に通し、そこにおいて発生した二次冷却材の軽水の高温高圧蒸気を得る方式である。

2020年現在は主に発電炉として、原子力発電所や原子力潜水艦、原子力空母の発電に用いられている。

特徴[編集]

一次冷却水を高圧にすることで、液体のまま300℃以上まで加熱する。一次冷却水の熱を熱交換器を介して二次冷却水側に伝えて、二次冷却水が沸騰することで蒸気タービンへ蒸気を送る。

一次冷却系と二次冷却系が分離されており、放射性物質を一次冷却系に閉じこめることが出来るため、沸騰水型原子炉（BWR）のようにタービン建屋を遮蔽する必要が無く、タービン・復水器が汚染されにくいため保守時の安全性でも有利である。

加圧水型原子炉では制御棒が上部から圧力容器を貫いて炉心へ挿入される設計が採られている。沸騰水型原子炉では制御棒が格納容器の下からから差し込まれるため制御棒が脱落して落下すると制御が失われて危険な状態になりうるのに対し、加圧水型原子炉では上から差し込むため仮に脱落しても反応を抑止するよう作用するという点で安全である。

一方で、複雑な熱交換器やポンプや配管類が増えることにより保守性や安全性に別の問題も生じる。また、熱交換の際にロスが生じる。

加圧水の炉心出口温度を上げることでより高い熱効率を得ることが出来るが、燃料棒の金属被覆ジルコニウムなどが高温に耐えられないため、火力発電所のように超臨界水を熱媒体として使用することは出来ない。

日本の商用炉においては、北海道電力、関西電力、四国電力、九州電力各社の全原子力発電所、および日本原子力発電の敦賀発電所の2号機（同発電所の1号機、並びに同社の東海第二発電所は、沸騰水型を採用）で、加圧水型が採用されている^[1]。

原子力潜水艦や原子力空母はほとんどが加圧水型原子炉を採用している。一次冷却材が汽水分離せずに液体のまま炉心が冷却材に浸り続けるため、傾きや振動に対する動作安定性が比較的高いためである。

構成要素[編集]

核燃料低濃縮ウラン燃料。低濃縮の二酸化ウラン（UO₂）を焼き固めて、パイプ状の金属ジルコニウムで被覆したものを数百本束ねて燃料集合体として固定や交換作業を簡便にしている。
冷却材
- 一次冷却系：軽水（普通の水）
- 二次冷却系：軽水

他の要素は原子炉や原子力発電、原子力発電所を参照。

企業関連[編集]

加圧水型原子力発電所の設計・製造・建設は三菱重工業（MHI）、米WH（ウェスティングハウス・エレクトリック・カンパニー）がその主要なメーカーであったが、2006年に東芝が54億ドル（当時：約6210億円）に上る株式取得によりWHを関連会社としたことで、従来は沸騰水型原発の主要メーカーの一角であった東芝が、東芝-WH連合としてトップシェアを占めることになった。中国とインドを成長市場と位置づけ、PWR「AP1000」の受注を狙っていた^[2]。しかし2017年WHは経営破綻し、その後東芝は同社の株式を手放した。

なお、沸騰水型原子炉（BWR）の主要メーカーとしては東芝のほか、日立製作所とGE（ゼネラル・エレクトリック）（日本では両社の原子力事業統合会社「日立GEニュークリア・エナジー」を設立）があるが、2006年末時点で加圧水型原子炉（PWR）が軽水炉のうち74％を占めている^[3]。

戦後の技術導入の経緯から、関西電力は加圧水型原子炉（PWR）を、東京電力は沸騰水型原子炉（BWR）を、それぞれ原子力発電所の基本設計として採用し現在に至る。