原子炉スクラム

原子炉スクラムの理解

原子炉スクラム、または英語で"scram"は、原子炉が緊急に停止する際の状態またはその操作を指します。このプロセスは、特に加圧水型原子炉において「原子炉トリップ」とも表現され、多くの場合、通常の原子炉停止手続きの一部を成しています。

スクラムの仕組み

すべての原子炉でスクラムは、強い負の反応度を加えることによって実現されます。制御棒を炉心に挿入することにより、原子炉の出力を迅速に低下させる方法が一般的です。各炉型によって異なりますが、軽水炉の制御棒は、制御系で制御され、自重およびスプリングの力に逆らう形で炉心部位に配置されます。抑制系の機能を維持するために、モーターへの電力供給が瞬時に遮断され、制御棒が炉心に挿入されます。

具体的には、沸騰水型原子炉では、制御棒は原子炉圧力容器の下部から挿入され、専用の水圧システムにより迅速な挿入が可能です。通常、制御棒の本数は185本程度で、万が一、主システムが機能しない場合には誰もが緊急停止系というバックアップ機能が組み込まれています。

また、過度の反応度が生じた場合には、駆動系の自動制御により、スクラム后に独自の中性子吸収材、水溶液などを利用して優先的に原子炉を停止させることにも用いることができます。これらは、ボロネード、硝酸ガドリニウムなどを含む化学物質が反応を抑制します。

原子炉の応答と崩壊熱

スクラム発動後、原子炉は核分裂生成物の崩壊によって熱出力を維持し続けますが、これは停止後も長時間継続します。基本的に、スクラム後の熱出力は通常の運転時の約7%に達しますが、その後の熱出力は個々の核種の半減期や濃度によって異なります。

語源と歴史

スクラムという用語の語源には複数の説がありますが、最も一般的なものは、"safety control rod axe man"の頭字語であると考えられています。この語は、初の連鎖反応を引き起こした際の作業者を指すものであり、緊急事態の際に手動で制御棒を挿入する役割を持っていました。実際、1942年のシカゴ・パイルにおいて、初めてのスクラムが実施されました。

日本における原子炉スクラムの事例

日本でもいくつかのケースが報告されており、1991年美浜発電所の事故を皮切りに、2007年柏崎刈羽原発、2011年福島第一原発、2023年高浜発電所のケースが挙げられます。これらはいずれも、特有の事象が起因となっており、スクラムが実行されました。

原子炉スクラムはその重要性から、今後も原子力発電の安全性確保のために欠かせない手続きの一つといえるでしょう。

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