減速材

減速材：原子炉の中性子制御の要

原子力発電において、核分裂反応を効率的に制御するために欠かせないのが減速材です。減速材は、核分裂によって生じる高速中性子の速度を落とし、核燃料との反応確率を高める役割を担っています。高速中性子はエネルギーが高く、核分裂を起こす効率が悪いため、減速材によってエネルギーを下げる必要があります。

減速材の働き：高速中性子から熱中性子へ

核分裂反応では、莫大なエネルギーと共に高速中性子が放出されます。この高速中性子は、毎秒数万キロメートルもの速度で飛び回り、核燃料と衝突する前に原子炉から飛び出してしまう可能性があります。そこで減速材の出番です。減速材は、中性子と衝突することで、中性子の運動エネルギーを吸収し、速度を低下させます。

中性子が減速材と衝突を繰り返すことで、エネルギーを失い、最終的には熱中性子と呼ばれる、非常に低エネルギーの状態になります。熱中性子は、核燃料との反応効率が高く、持続的な連鎖反応（核分裂の継続）を維持するために不可欠です。

減速材の特性：効率と安全性

理想的な減速材は、以下の特性を備えています。

高い減速能力: 中性子を効率的に減速させる。一度の衝突で多くのエネルギーを奪う物質が好ましいです。
低い吸収断面積: 中性子を吸収しにくく、核反応に利用可能な中性子を多く残す。原子番号の小さい元素が適しています。
耐放射線性: 原子炉内の強い放射線に耐える高い耐久性。
安全性: 化学的安定性が高く、原子炉の安全性を確保できること。

減速材の性能は、減速能と減速比という指標で評価されます。減速能は、一度の衝突で中性子がどれだけ減速するかを表し、減速比は減速能と吸収断面積の比率です。

減速材の種類と原子炉の種類

減速材の種類によって、原子炉の種類が大きく異なります。主な減速材と、それらを用いた原子炉の種類を以下に示します。

軽水炉

軽水（通常の水）を減速材として用いる原子炉。

沸騰水型原子炉 (BWR): 軽水を減速材・冷却材として使用し、蒸気を直接タービンに供給する。
加圧水型[[原子炉]] (PWR): 軽水を減速材・冷却材として使用し、蒸気発生器で蒸気を生成する。
その他: ロシア型加圧水型[[原子炉]] (VVER)、韓国標準型原子炉 (KSNP) など。

重水炉

重水を減速材として用いる原子炉。軽水よりも中性子の吸収率が低いため、ウラン濃縮度を低く抑えることが可能。

カナダ型加圧重水炉 (CANDU): 重水を減速材・冷却材として使用。
その他: 重水減速軽水冷却炉 (SGHWR)、ガス冷却[[重水炉]] (GCHWRまたはHWGCR)、重水減速沸騰軽水冷却型など。

黒鉛炉

黒鉛を減速材として用いる原子炉。黒鉛は軽水や重水と比べて減速能力が低いため、原子炉の規模が大きくなる傾向がある。

ガス冷却炉（マグノックス炉） (GCR): 二酸化ウラン燃料を使用し、二酸化炭素を冷却材とする。
改良型ガス冷却炉 (AGR): GCRの改良型。
高温ガス冷却炉 (HTGR): 高温のヘリウムガスを冷却材とする。
* その他: 黒鉛減速沸騰水冷却型原子炉 (RBMK)、黒鉛減速加圧軽水冷却型原子炉など。

高速増殖炉

高速増殖炉は、減速材を使用しません。高速中性子を利用してプルトニウムを生成する事を目的としており、中性子を減速させると効率が悪くなるためです。

減速材と冷却材

軽水炉や重水炉では、減速材と冷却材を兼用する設計が一般的です。冷却材は原子炉内の熱を運び去る役割を担います。一方で、黒鉛炉などでは減速材と冷却材は別々の物質が用いられます。

まとめ

減速材は、原子力発電所の安全かつ効率的な運転に不可欠な要素です。減速材の種類によって原子炉の設計や特性が大きく異なり、それぞれの特性を理解することが重要です。

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