高速増殖炉
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日本の高速増殖炉 もんじゅフランスのスーパーフェニックス

高速増殖炉(こうそくぞうしょくろ、Fast Breeder Reactor、FBR)とは、高速中性子による核分裂連鎖反応を用いた増殖炉のことをいう[注 1]。簡単に言うと、「増殖炉」とは消費する核燃料よりも新たに生成する核燃料の方が多くなる原子炉のことであり、「高速」の中性子を利用してプルトニウムを増殖するので高速増殖炉という。


目次

1 概要

2 構成要素

2.1 冷却材

2.2 燃料

2.2.1 MOX燃料

2.2.2 ブランケット



3 核燃料サイクル計画

4 特徴

4.1 増殖

4.2 プルサーマル方式に対する優位性


5 FBRの形式

6 問題点

6.1 技術的課題

6.2 社会的課題

6.3 経済的課題


7 世界の高速増殖炉

7.1 日本

7.2 アメリカ合衆国

7.3 フランス

7.4 イギリス

7.5 ロシア(旧ソ連)

7.6 カザフスタン(旧ソ連)

7.7 ドイツ

7.8 イタリア

7.9 欧州

7.10 インド

7.11 中国

7.12 韓国


8 脚注

8.1 注釈

8.2 出典


9 参考文献

10 関連項目


概要

現行の商用発電用原子炉として一般的な軽水炉と比較した場合の高速増殖炉の特徴を述べる[1]
増殖比(核反応において消費される核分裂性核種の消滅数に対する生成数の割合)が1.0を超えること

核燃料の主体がウラン238/プルトニウム239となること(他に核反応起動用のウラン235が若干必要)

減速材を使用しないこと(熱中性子を利用せず、高速中性子をそのまま利用するため)

減速材が不要であり、従来と比べ核燃料(核反応断面積がウラン235と比べ格段に小さい)の高密度配置が必要となるため、炉心単位体積あたりのエネルギー量の大きさが飛躍的に向上する。また冷却材の高能率化が必須となる。

現在開発が進められている主な形式としては以下のようになる。
冷却材軽水(つまり普通の純水)を使わずに、代わりに溶融金属(主に金属ナトリウム)を使用する

燃料には天然ウランまたはウラン/プルトニウム混合燃料(Mixed oxide: MOX燃料)を使用する

MOX燃料の元となるプルトニウム239とウラン238は通常の軽水炉で燃料として使うこともできるが、高速増殖炉の炉心で燃やすことで、さらに不要なウラン238から次の高速増殖炉用の核燃料であるプルトニウム239を作り出すことで核燃料を循環させる「核燃料サイクル」を実現するための要となる装置である。高速増殖炉は、核燃料サイクルのウラン?プルトニウム系列を実施する。ウラン238(天然・非核分裂性)+中性子 → ウラン239ネプツニウム239プルトニウム239(核燃料)

こういった意欲的な構想の下に先進工業国で研究開発が進められて来たが、軽水炉にはない様々な問題を含んでいるため、実験炉から原型炉までは数か国でいくつか完成しつつも、実証炉の完成までは時間がかかっていた。いくつかの国が研究開発を挫折する中、ついに2014年6月27日にはロシアで実証炉BN-800が臨界に達し、実用化の目処がついた。
構成要素

高速増殖炉は流体を冷却材に使って炉心の熱を外部に導き、蒸気を発生させて発電等に利用する点では、一般的な軽水炉と似た仕組みを持っている。一方では、冷却材と燃料において大きな違いがある。
冷却材

軽水炉では、炉心の熱エネルギーを外部に取り出すための冷却材や中性子の減速材、反射体などを兼ねて軽水を利用するのに対し、高速増殖炉では高速中性子を減速させないように加熱溶融した金属ナトリウムのような液体金属を使用する。

高速増殖炉の冷却材は、平均速度が秒速1万km程の高速中性子に対して減速効果が小さくその運動を衰えさせないものでなければならず、また単位体積当たりの出力密度が軽水炉よりもかなり大きくなるため、熱伝導率の良いものでなければならない。


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出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)
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