エネルギー源としてのPWR：安全性と仕組み

エネルギー源としてのPWR：安全性と仕組み

加圧水型原子炉とは

加圧水型原子炉とは

加圧水型原子炉は、英語では「Pressurized Water Reactor」と表記し、その頭文字をとってPWRとも呼ばれます。世界中で稼働している原子力発電所のなかで最も多く採用されている方式です。

このタイプの原子炉の特徴は、水に減速材と冷却材という二つの役割を担わせている点にあります。原子炉の中ではウラン燃料が核分裂反応を起こしますが、この反応を効率的に行うためには中性子と呼ばれる粒子を適切な速度に調整する必要があります。そこで、水に中性子を衝突させて速度を落とすことで、核分裂反応を制御しています。この役割を担う水を「減速材」と呼びます。

一方、核分裂反応では莫大な熱が発生します。この熱を放置すると原子炉の炉心が過熱してしまい、炉心の溶融や破損に繋がります。そこで、炉心で発生した熱を水が吸収し、原子炉の外に運び出すことで温度の上昇を抑えています。原子炉から熱を奪う役割を担う水を「冷却材」と呼びます。加圧水型原子炉では、この減速材と冷却材の両方に水を用いている点が特徴です。

高い安全性を持つ仕組み

– 高い安全性を持つ仕組み原子力発電方式の一つであるPWR（加圧水型原子炉）には、安全性を高く保つための工夫が凝らされています。その中でも特に重要なのが、冷却水にかける圧力です。PWRでは、原子炉内で発生した熱を冷却水が吸収し、蒸気発生器に運びます。この時、冷却水は非常に高い温度になりますが、高い圧力をかけることで沸騰を防いでいるのが大きな特徴です。もしも冷却水が沸騰してしまうと、水蒸気が発生し、冷却効率が著しく低下してしまいます。原子炉を安全に運転するためには、冷却水を常に液体の状態に保つことが不可欠です。そこでPWRでは、150気圧以上という高い圧力をかけることで、冷却水が約300℃という高温でも沸騰しないように制御しています。この高温高圧の冷却水は、熱を効率的に運ぶだけでなく、放射性物質を遮蔽する役割も担っています。原子炉内で発生する放射性物質は、周囲の環境や人体に悪影響を及ぼす可能性がありますが、高温高圧の冷却水が壁となって、これらの物質が外部に漏れ出すのを防いでいるのです。このようにPWRは、高い圧力をかけることで冷却水の沸騰を防ぎ、安全性を高めると同時に、放射性物質の遮蔽にも役立てているのです。

発電の仕組みと蒸気発生器

発電の仕組みと聞いて、多くの人が火力発電所を思い浮かべるのではないでしょうか。火力発電では石炭などを燃やして水を沸騰させ、その蒸気の力でタービンを回し発電機を動かして電気を作ります。原子力発電所も、基本的な仕組みは火力発電と同じです。ただ、石炭の代わりに原子力エネルギーを利用して水を沸騰させている点が異なります。
原子力発電所の中でも加圧水型原子炉（PWR）と呼ばれるタイプでは、原子炉で発生させた熱を直接タービンに送ることはできません。なぜなら、原子炉で発生した高温高圧の水には、放射性物質が含まれているからです。そこで、PWRでは蒸気発生器と呼ばれる重要な装置を使います。
蒸気発生器は、原子炉で温められた高温高圧の水が流れる部分と、タービンに送る蒸気を発生させるための水が流れる部分に分かれています。両者は管などで仕切られており、直接混ざり合うことはありません。原子炉から運ばれてきた高温高圧水は、蒸気発生器の中で熱だけを二次側の水に伝えます。この熱によって二次側の水が沸騰し、蒸気が発生します。こうして作られた蒸気は、放射性物質を含まないため、安全にタービンに送ることができ、タービンを回転させることで電気を発生させることができるのです。

世界で活躍するPWR

加圧水型原子炉として知られるPWRは、その優れた安全性と高い効率性を武器に、世界中で広く採用されています。アメリカ、フランス、日本といった原子力発電の先進国をはじめ、多くの国々でPWRは発電の主力として活躍しています。
日本では、PWRは特に主要な原子炉タイプとして位置付けられており、国の電力供給を支える重要な役割を担っています。高い信頼性と安定した運転能力を持つPWRは、エネルギー需要の増加に対応できる、将来性のある発電方式として期待されています。
しかし、その安全性を維持するためには、厳しい管理体制と継続的な技術革新が欠かせません。世界中でPWRの安全性向上に向けた研究開発が進められており、より信頼性の高い次世代PWRの開発も期待されています。今後もPWRは、世界的なエネルギー問題の解決に貢献していくことが期待されています。