原子力発電 | タイトル２
本文２
原子力発電 | 原子力発電とは
原子力とは、原子核反応により得られるエネルギー（核エネルギー）のことである。原子核反応には核分裂反応と核融合反応の二種類の反応があるが、現在原子力エネルギーとして実用化されているのは核分裂反応のみであり、そのため、単に「原子力発電」と言う場合には核分裂反応のエネルギーを用いた発電方法を指す。 原子力発電には、大きく分けて三つの要素が必要である。核分裂反応を起こす元となる核燃料、核分裂反応を起こさせる原子炉、そして原子炉から取りだした熱で発電を行う発電施設である。 核燃料は、天然鉱石である閃ウラン鉱から作られる。閃ウラン鉱に含まれるウランの放射性同位体であるウラン235は、容易に核分裂反応を起こすため、原子力発電に用いられている。しかしこの中にはウラン235が0.7%程度しか含まれていないため、21世紀初頭現在の一般的な原子炉で核燃料として利用するには、ウラン濃縮工程とよばれるウラン235の濃縮作業が必要となる。 核分裂反応とは、何らかの要因で中性子を捕捉した原子が2つないしそれ以上に分裂することをいう。このとき、その原子は中性子を放出することがある。そして放出された中性子がまた別の原子に捕捉され、さらにまたその原子が分裂を起こし、そしてそこからまた中性子が放出され…、という連鎖反応が起きることがある。こうした連鎖反応により核分裂反応が持続している状態を臨界と呼ぶ。原子炉において初めて臨界が達成された時を初臨界といい、これはその原子炉が実際に稼働した最初の時とされる。 原子には、中性子を捕捉して分裂するものと、捕捉しても分裂しないものがあることが知られている。分裂するものとして代表的なものは、ウラン235、プルトニウム239である。しかし、プルトニウム239は天然にはごく微量しか存在しないため、核燃料としてはウラン235が使われる。また、分裂しないものとしては、ウラン238が知られている。しかしウラン238は、中性子を捕捉することによってプルトニウム239に転換でき、核燃料として使用することができる。このことから、ウラン238に人為的に中性子を当て、プルトニウム239を生産することが考えられた。これを核燃料サイクルといい、プルトニウムの生産に使われる原子炉を高速増殖炉という。原子力発電における核分裂反応において必要なことは、核分裂反応を制御することである。核分裂反応の制御とは、開始、持続（臨界）、そして停止である。原子力発電においては、これらが自由に制御されなければならない。この、核分裂反応を制御できるということが、原子力発電と原子爆弾を分ける大きな違いである。 原子力発電に使用される原子炉には様々な種類がある。原子炉の種類は、減速材と呼ばれる中性子の制御を行う素材と、冷却材と呼ばれる原子炉から熱を運び出す素材の二つによって分類される。減速材としては、黒鉛、重水、軽水[1]などがある。冷却材としては、炭酸ガスや窒素ガスなどのガス、重水、軽水などがある。現在一般的な商用原子力発電では、減速材、冷却材のどちらとも軽水を使用している。これは軽水炉と呼ばれる。 原子力発電で一般的に使用されている軽水炉はさらに二種類に分けられる。沸騰水型原子炉（BWR）と加圧水型原子炉（PWR）である。原子力発電は、核分裂反応で発生する熱を使って水を沸騰させ、その蒸気で蒸気タービンを回すことで発電機を回して発電する。一方、火力発電では石油や石炭、液化天然ガスといった化石燃料を燃やして熱を作り出して蒸気を発生させ、発電を行っている。つまり、原子力発電と火力発電では、発生した蒸気でタービンを回し発電機で発電するという点で、同じ仕組みを利用しているといえる。 原子力発電所の象徴として、冷却塔の写真が使われることが多いが、これは発電に使用できなかった余りの熱を外部へ水蒸気として排出するためのものである。蒸気による発電では、熱力学第二法則により、発生した熱のすべてを発電に利用することは出来ず、必ずある程度の廃熱が発生してしまうことが分かっている。冷却塔はその廃熱を処理するためのものである[2]。 なお、21世紀初頭現在の原子力発電における熱効率はおよそ30%程度である。これは、原子力発電では、発生した熱の30%程度しか発電に利用することができず、残りはすべて廃熱としなければならないということである。 冷却塔は原子力発電所以外にも設置されることがあるが、その多くは原子力発電所に設置されている。発電にともなって発生する熱量が非常に大きく、その分だけ比較的巨大な廃熱施設が必要となるためである。なお、一部の原子力発電所は海や川のそばに建設し、熱を温水の形で海や川に排出することで冷却塔を省いている。日本国内の原子力発電所は全てこのようにして冷却塔の必要がない構造となっている。
下記のフォームにタイトルとURLを記入して登録ボタンを押してください