前のページ 1/7 次のページ

原子力発電(げんしりょくはつでん)とは、原子核反応時に出るエネルギーを利用した発電。ここでは地上の核分裂を利用した主に商業用の原子力発電について説明する。

・ 原子力発電の施設に関しては原子力発電所を参照

・ 核分裂反応を安全に維持する装置については原子炉を参照

・ 核融合炉に関しては核融合炉・原子核融合・トカマク型・ヘリカル型・レーザー核融合を参照

・ 軍用の推進機関としての原子炉については原子力空母、原子力潜水艦、原子力船を参照

・ 宇宙での核反応を使った発電については原子力電池を参照

・ 研究や大学の講座については原子力工学を参照

◆ 原子力発電とは何か

◇ 総説

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。分裂を起こしやすいものとして代表的なものは、ウラン235、プルトニウム239、ウラン233がある。しかし、プルトニウム239は天然にはごく微量しか存在せずウラン233は全く存在しない。その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、軽水原子炉においては、重水と区別するため、一般的な水は軽水と呼ばれる。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。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。蒸気タービンによる発電では、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。現在の原子力発電における熱効率はおよそ30%程度であり、残りの70%が廃熱になる同様に、火力発電所にも廃熱のための施設が必要であるが、高温蒸気で発電するために火力発電所の熱効率は原子力発電所よりも良い。。

一部の原子力発電所では、冷却塔の代わりに、温排水を海や川に放流して廃熱をしている。日本国内の原子力発電所は全てこの構造であり、沿岸部で約30%の効率で発電し、約70%の効率で海水を温めている。

一部の原子力発電の反対派が、「原子力」はクリーンなイメージを植えつける間違った言葉であり、「汚い・危ない」イメージを持つ「核発電」、「核力発電」という言葉にしようという、ロビー活動をしている。 核力というのは、弱い力、強い力などの核内のエネルギーをさす言葉であり、原子の質量欠損をエネルギーに変える原子力発電をあらわすには不適当といえる。

◇ 原子力発電プラントの基本要素(PWR)

前のページ 1/7 次のページ

・原子力発電 page1

・原子力発電 page2

・原子力発電 page3

・原子力発電 page4

・原子力発電 page5

・原子力発電 page6

・原子力発電 page7