沸騰水型原子炉とは？仕組みと特徴を解説
家族を守りたい
沸騰水型原子炉について教えてください。
防災防犯専門家
沸騰水型原子炉は、冷却水を直接沸騰させて蒸気を発生させて発電するタイプの原子炉です。BWR(Boiling Water Reactor)とも呼ばれます。
家族を守りたい
原子炉の構造はどうなっていますか？
防災防犯専門家
原子炉圧力容器が蒸気発生装置も兼ねており、そこで発生した蒸気が直接蒸気タービンに送られて発電されます。
沸騰水型原子炉とは。
「沸騰水型原子炉」とは、原子炉内の冷却水を直接沸騰させて蒸気を発生させ、その蒸気を使ってタービンを回して発電する原子炉のことです。略して「BWR（Boiling Water Reactor）」とも呼ばれます。
この原子炉は、アメリカのゼネラル・エレクトリック（GE）社が開発しました。原子炉内の軽水が減速材と冷却材の役割を果たし、沸騰することで蒸気を発生させます。この蒸気はそのまま原子炉格納容器内のタービンに送られ、発電に使用されます。
通常は低濃縮ウランが燃料として使われますが、ウランとプルトニウムを混ぜた「MOX燃料」も利用できます。
沸騰水型原子炉の仕組み
沸騰水型原子炉の仕組みは、核燃料で水を沸騰させ、発生した蒸気をタービンに送り込んで発電します。燃料棒は原子炉圧力容器と呼ばれる巨大な容器の中に格納されています。容器内で核分裂反応が発生すると、熱が放出され、水が沸騰して蒸気が発生します。この蒸気は圧力容器の上部に設けられた蒸気分離器に送られます。蒸気分離器では、蒸気と水滴が分離され、乾燥した蒸気がタービンに送られます。タービンは蒸気の力で回転し、発電機を駆動して発電を行います。一方、蒸気分離器で分離した水滴は、循環ポンプによって原子炉に戻され、再び沸騰します。このサイクルが継続的に行われることで、安定的な発電が行われます。
沸騰水型原子炉の特徴
沸騰水型原子炉の特徴は、以下の通りです。
まず、冷却材と減速材に軽い水が使用されている点が挙げられます。その結果、炉心では水が沸騰し、蒸気が直接タービンを駆動します。この仕組みは、炉心に蒸気発生器を設置し、そこで蒸気を発生させる加圧水型原子炉とは異なります。
また、沸騰水型原子炉は、炉心構造が比較的単純で、制御棒を挿入する制御棒駆動機構が炉の外側に設置されています。そのため、保守作業が容易で、メンテナンス性が高いという利点があります。
さらに、沸騰水型原子炉は、蒸気発生器がないため、加圧水型原子炉に比べて冷却材の滞留時間が短く、放射性物質の蓄積が少ないという特徴もあります。これにより、事故時の放射性物質の放出を抑えることができます。
軽水減速・沸騰軽水冷却型原子炉
-軽水減速・沸騰軽水冷却型原子炉-
このタイプの原子炉は、軽水（普通の水）を減速材と冷却材の両方に使用しています。軽水は、中性子を遅くするのに優れており、また熱を効率的に除去できます。
沸騰軽水炉の特徴は、冷却水が炉心内で沸騰することです。この沸騰により蒸気が発生し、それがタービンを駆動して発電します。沸騰によって炉心内の熱が効率的に除去されるため、他のタイプの軽水炉よりも高い熱効率を実現できます。
ウラン燃料とMOX燃料
ウラン燃料とMOX燃料
沸騰水型原子炉では、主にウラン燃料またはMOX燃料が使用されます。ウラン燃料は、天然ウランに含まれるウラン235を濃縮したものです。MOX燃料は、再処理工場で回収されたプルトニウムとウランを混ぜ合わせたものです。どちらの燃料も中性子を吸収して核分裂を起こし、エネルギーを発生させます。
ウラン燃料は、資源が豊富で安定供給が可能です。また、燃料サイクルのほとんどの過程でプルトニウムを生成せず、廃棄物の放射能レベルを低く抑えることができます。一方、MOX燃料はプルトニウムを利用するため、資源の有効活用と核廃棄物の削減に役立ちます。ただし、ウラン燃料に比べて製造コストが高く、燃料サイクルの過程でプルトニウムが発生します。
原子炉格納容器内の構造
原子炉格納容器は、放射性物質を閉じ込め、外部環境への拡散を防ぐために設計された重要な構造体です。その内部はさらに、さまざまなコンポーネントで構成されています。
格納容器の上部には格納容器頭部があり、原子炉冷却剤を循環させる循環ポンプや蒸気発生器などの設備が収められています。その下には、原子炉圧力容器を囲む格納容器圧力境界があります。圧力境界は堅牢な鋼鉄製の構造体で、原子炉の冷却剤の圧力や高温に耐えます。
また、格納容器内には原子炉格納容器スプレー系と呼ばれる設備があります。これは、原子炉事故が発生した場合に、格納容器内の圧力を下げるために冷却水を霧状にして噴霧するシステムです。さらに、フィルター系が設置されており、格納容器内の放射性物質をろ過して外部環境への放出を防止します。