加圧水型原子炉

加圧水型原子炉（PWR）

加圧水型原子炉（PWR）は、核分裂反応によって発生した熱を利用して発電を行う原子炉の一種です。この原子炉では、圧力を高めた水（軽水）を使用し、温度が300℃を超える状態で冷却材を加圧します。その後、この加圧水が蒸気発生器を通過し、二次冷却材である水が沸騰して高温・高圧の蒸気を生成します。この蒸気は蒸気タービンを駆動し、電力を生み出します。

基本的な構造

加圧水型原子炉の大きな特徴は、一次冷却系と二次冷却系が分離されている点です。この設計により、放射性物質が一次冷却系に閉じ込められ、タービン室などの汚染を防ぐことができます。そのため、タービン機器や復水器が比較的汚染されにくく、保守作業を行う際の安全性が向上します。加圧水型原子炉では、制御棒が上部から圧力容器を貫通して炉心に挿入される構造が採用されており、沸騰水型原子炉（BWR）とは異なる設計になっています。

熱効率と安全性

加圧水型原子炉はその構造から、安定した運転が可能ですが、複雑な熱交換システムやポンプ、配管が必要なため、保守性や安全性において別の課題が生じることもあります。加圧によって冷却水は液体のまま高温に保たれるため、沸騰水型原子炉よりも高い動作安定性を得ることができます。一方で、熱交換時に熱エネルギーのロスが発生したり、圧力容器や配管にかかる負荷が増すことにより、設計製造には高度な技術が求められることがあります。

日本における導入

2020年時点では、日本の商用原子力発電所は主に加圧水型原子炉を採用しています。北海道電力や関西電力などが運営する原発のすべてに加圧水型原子炉が設置されており、また敦賀発電所の2号機にもこの炉型が使用されています。さらに、日本の原子力潜水艦や原子力空母も、加圧水型原子炉を搭載することで動作の安定性を確保しています。これにより、原子力船の「むつ」が加圧水型で実験航海を行った実績もあり、加圧水型原子炉はその利用範囲が広いことがわかります。

構成要素

加圧水型原子炉では、低濃縮ウランを主な燃料としています。このウラン燃料は、二酸化ウラン（UO2）を焼き固め、金属ジルコニウムの管に被覆されることで燃料集合体として束ねられます。この構造により、燃料の固定や交換が容易になります。

冷却材としては一次冷却系と二次冷却系ともに軽水が用いられます。このため、原子力発電の基盤となる重要な要素として位置付けられています。

市場シェアと進化

加圧水型原子炉の設計や製造は、大手企業である三菱重工業や米国のウェスティングハウス・エレクトリック・カンパニーが主導しています。2006年には東芝がWHの株式を取得し、加圧水型原子炉の市場で大きなシェアを持つようになりました。しかし、2017年にはWHが経営破綻し、その後東芝も関連性を失いました。このような市場の変遷は、加圧水型原子炉の開発や進化に大きな影響を与えています。

その他の型式

世界各国で様々な型の加圧水型原子炉が開発されています。日本のAPWR、フランスのEPR、米国のAP1000などがあり、それぞれの国で特徴的な進化を遂げています。将来的には、より安全で効率的な原子炉の発展が期待されており、技術革新が続けられることでしょう。

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