加圧水型原子炉(PWR)の
原子炉圧力容器・燃料集合体・冷却設備
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(出典) 日本原子力文化財団HP/原子力発電所の構成
原子力発電所の構成 | 原子力開発と発電への利用 (jaero.or.jp)
1)原子炉圧力容器
ウラン燃料の核分裂を制御しながら、発生する熱を取り出す水と蒸気の高い圧力に耐える
鋼鉄製の容器です。 火力発電所のボイラーに双頭します。
2)燃料集合体
燃料のペレットを被覆管という長さ4mほどのジルコニウム合金製のさやに密封して燃料棒
とし、それらを数十本から数百本束ねた燃料集合体が原子炉の中に装荷されています。
燃料集合体の大きさや装荷される燃料集合体の数は、原子炉の種類や発電出力によって異な
ります。
また、ウラン燃料は、発電に約3年間利用され、約1年に1回の定期検査の際に新たな燃料と
交換されます。 一度に交換するのは、炉心全体の1/3から1/4ほどです。
3)制御棒と出力制御
制御棒を出し入れすることで、核分裂の量を調整して発電出力を制御しています。 核分裂
で発生した中性子が、ウラン235の原子核にあたって、次々に核分裂を起こすため、制御棒は
中性子を吸収しやすいホウ素やカドミウムなどの物質が含まれています。 不具合が生じた
場合でも、対処できるように多数の制御棒が備えられています。
4)原子炉冷却材
炉心は、燃料と制御棒などで構成され、水で満たされています。
水は、核分裂によって発生した熱を炉心から外部へ取り出す冷却材と、核分裂でウランや
プルトニウムから発生した中性子の速度を遅くし、次の核分裂を起こしやすくする減速材
としての役割を果たしています。
5)原子炉を冷却する非常用設備
【非常用炉心冷却装置(ECCS、Emergency Core Cooling System)】
原子炉内にある冷却材(水)を注入する配管が破断した場合に、非常用炉心冷却装置
(ECCS)という安全システムが作動します。 原子炉内の燃料は、核分裂の連鎖反応が
停止した後も、まだ核分裂生成物から発生する熱(崩壊熱)が残っています。 その熱で、
原子炉の冷却材が失われないように、ECCSが作動し冷却されます。
PWRでは、一次冷却系配管の破断に伴う冷却材喪失事故に備えて非常用炉心冷却
装置(ECCS)を設けている。 ECCSは、大破断から小破断までの配管破断に対応でき
るよう高圧注入系、低圧注入系および蓄圧注入系から構成されている。 ECCSが燃料
棒の破損を防止するために、大量の水を炉心に注入するほか、格納容器スプレイ装置が
格納容器内の冷却を行う。
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