重水炉

重水炉：天然ウラン燃料と独自の特性

重水炉は、原子炉の減速材として重水を使用する原子炉です。多くの重水炉は加圧水型原子炉であり、特に加圧重水炉 (PHWR) と呼ばれるタイプが主流です。重水は、軽水に比べて中性子を吸収しにくいため、減速材として優れた特性を持ちます。このため、濃縮度の低い天然ウランを燃料として使用できることが大きな特徴です。

CANDU炉：重水炉の代表例

重水炉の代表例として、カナダで開発されたCANDU炉 (カナダ型加圧重水炉) が挙げられます。CANDU炉は、圧力管型加圧重水冷却重水減速炉であり、1960年代から商業運転が開始されました。現在、世界中で稼働する重水炉の多くはCANDU炉とその改良型です。天然ウラン燃料の利用によって、ウラン資源の豊富な国々にとって有利な原子炉となっています。

その他の重水炉

CANDU炉以外にも、いくつかのタイプの重水炉が存在します。

インド型圧力管型重水炉: インドがCANDU炉を基に開発したもので、トリウム燃料サイクルを利用しています。トリウムはウランよりも豊富に存在する資源であり、将来の原子力エネルギー供給の観点から注目されています。
圧力容器型重水炉: アルゼンチンで開発された重水炉で、軽水炉に近い構造をしています。
新型転換炉 (ATR): 日本が開発した沸騰軽水冷却重水減速炉で、プルトニウムを燃料として利用する転換炉です。
ガス冷却重水炉: 炭酸ガスを冷却材として使用する重水炉です。

重水炉のメリットとデメリット

重水炉は天然ウラン燃料が使用できるという大きなメリットを持ちます。天然ウランは濃縮ウランに比べて安価であり、ウラン資源が豊富な国にとって経済的な利点となります。しかし、重水そのものが高価であり、また、使用済み核燃料に含まれるプルトニウムの量が多くなるため、核拡散のリスクも懸念されています。

さらに、重水炉特有の課題として以下のような点が挙げられます。

重水の高価さ: 重水は天然水中にごく微量しか含まれないため、製造コストが高くなります。
重水の純度維持: 重水の純度が発電効率に大きく影響するため、高純度の重水を維持するための管理が不可欠です。運転中にトリチウムが生成されたり、冷却材である軽水が混入したりすることで重水の純度が低下するため、再濃縮プラントが併設されるのが一般的です。
トリチウムの発生: 重水炉の運転中にトリチウムが発生します。トリチウムは放射性物質であり、適切な処理が必要です。
核拡散リスク: 天然ウランを燃料とするため、核兵器開発への転用が容易ではないかと懸念されています。実際、一部の国々では重水炉を用いて核兵器開発を進めているとされています。

まとめ

重水炉は、天然ウラン燃料を利用できるという大きな利点を持つ一方、重水の高価さ、トリチウムの発生、核拡散リスクなどの課題も抱えています。今後の原子力エネルギーの利用において、これらの課題をどのように克服していくかが重要なポイントとなります。

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