原子力発電の仕組み：加圧水型原子炉

原子力発電の仕組み：加圧水型原子炉

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、原子力発電所で広く採用されている原子炉の一つの形式です。英語では「Pressurized Water Reactor」と表記し、PWRと略されることもあります。このタイプの原子炉は、水を減速材と冷却材の両方に使用するのが特徴です。原子炉内でウラン燃料が核分裂すると、大量の中性子が発生します。しかし、発電に利用しやすい核分裂を引き起こすには、中性子の速度を落とす必要があります。そこで、減速材である水が中性子の速度を和らげ、効率的に核分裂を起こさせる役割を担います。一方、核分裂反応に伴い、原子炉内は高温になります。そこで、冷却材として働く水が原子炉から熱を吸収します。この水は加圧されているため、沸騰することなく高温を保ちながら、蒸気発生器へと送られます。蒸気発生器では、加圧された高温の水が熱交換により二次系の水を沸騰させ、蒸気を発生させます。この蒸気がタービンを回し、発電機を動かすことで電力を作ります。このように、加圧水型原子炉は水が一貫して熱の運搬を担うことで、高い効率で発電できるという利点があります。

世界で最も普及している原子炉

– 世界で最も普及している原子炉

現在、世界中で電気を起こすために使われている原子炉の中で、最も数が多いのは加圧水型原子炉と呼ばれるものです。 この種類の原子炉は、その信頼性の高さや安全性の高さから、世界中のたくさんの国で原子力発電の主役として活躍しています。

加圧水型原子炉の特徴は、原子炉内で発生する熱を水で取り出す際に、高い圧力をかけて水を沸騰させないようにしている点にあります。 こうすることで、沸騰した水よりも多くの熱を運ぶことができるため、効率的に電気を作ることができます。 また、高い圧力をかけることで原子炉の安定性を高め、より安全に運転できるという利点もあります。

日本でも、多くの原子力発電所でこの加圧水型原子炉が採用されています。 日本の原子力発電の歴史において、加圧水型原子炉は大きな役割を果たしてきたと言えるでしょう。

高い圧力と沸騰水の抑制

– 高い圧力と沸騰水の抑制加圧水型原子炉は、その名の通り冷却水に高い圧力をかけることで運転されています。 この高い圧力こそが、原子炉の安全性を確保する上で非常に重要な役割を果たしています。 原子炉内で核分裂反応が起こると、莫大な熱が発生します。この熱は冷却水を介して取り除かれますが、もし冷却水が沸騰してしまうと、気泡が発生し、熱の吸収効率が著しく低下してしまいます。 冷却水の温度が制御できなくなると、炉心溶融などの深刻な事故につながる可能性もあるため、沸騰を防ぐことは原子炉の安全確保において極めて重要です。そこで、加圧水型原子炉では、冷却水に非常に高い圧力をかけることで、水が沸騰しにくい状態を作り出しています。 通常の atmospheric pressure 下では100度で沸騰する水も、圧力を高くすると、より高温になっても沸騰しなくなります。加圧水型原子炉では、この原理を利用して、冷却水を高温の状態でも液体のまま維持し、安定的に熱を吸収できるようにしているのです。高い圧力をかけることで、原子炉内は過酷な環境になりますが、その分、冷却水の沸騰を抑制し、安定した運転と安全性の確保を実現していると言えます。

蒸気による発電

蒸気による発電は、高温高圧の蒸気の力を使ってタービンを回し、電気を起こす方法です。

まず、熱交換器の中で水が温められて蒸気に変わります。この蒸気は、非常に高い温度と圧力を持つため、大きなエネルギーを持っています。

次に、この高温高圧の蒸気をタービンに送り込みます。タービンは、蒸気の勢いを受けて回転する羽根車のようなものです。蒸気が持つエネルギーが、タービンの回転エネルギーへと変換されます。

そして、タービンの回転エネルギーは、発電機に伝わり、電気が作られます。発電機は、回転運動を電気エネルギーに変換する装置です。

火力発電所も蒸気タービンを利用していますが、原子力発電所の場合は、原子核分裂のエネルギーを利用して蒸気を発生させている点が異なります。どちらの場合も、蒸気の持つ大きなエネルギーを電気に変換しているという点では共通しています。

安全性と今後の展望

安全性と今後の展望について解説します。

加圧水型原子炉は、設計段階から運転に至るまで、非常に厳しい安全基準を満たすことが義務付けられています。そのため、その安全性は世界的に高く評価されています。運転にあたっては、常に安全確保を最優先事項として、多層的な安全対策が講じられています。

しかしながら、過去の教訓を忘れてはなりません。2011年に発生した福島第一原子力発電所の事故は、原子力発電が持つ潜在的なリスクを改めて認識させられる出来事となりました。この事故を教訓に、加圧水型原子炉の安全性は更に向上させる必要があるという認識が広がり、現在も研究開発や技術革新が進められています。

具体的には、地震や津波などに対する耐性の強化、過酷事故発生時の影響緩和対策、そしてテロ対策など、多岐にわたる分野において、安全性の向上を目指した取り組みが進展しています。

加圧水型原子炉は、エネルギー資源の乏しい我が国において、エネルギー安全保障の観点からも重要な役割を担っています。地球温暖化対策としても有効な手段となるでしょう。今後も、安全性を第一に、世界におけるエネルギー供給の一翼を担う技術として、その進化と発展が期待されています。