熱反応炉と高速炉: 違いと比較

主要な取り組み

中性子の速度: 熱炉と高速炉の根本的な違いは、核分裂を引き起こす中性子のエネルギーレベルです。熱炉は核連鎖反応を維持するために低速または「熱」中性子を使用しますが、高速炉は高エネルギーまたは「高速」中性子を使用します。

燃料と効率: 熱原子炉は主に燃料としてウラン 235 またはプルトニウム 239 を使用します。これらは高速中性子と低速中性子の両方で核分裂します。しかし、高速炉は、はるかに豊富な同位体であるウラン 238 を効率的に利用することもでき、そこからより多くの燃料 (プルトニウム 239) を「増殖」することもできるため、燃料の利用効率が向上し、廃棄物の削減につながります。

適度と冷却: 熱反応器には、中性子の熱エネルギーへの速度を下げるために水やグラファイトなどの減速材が必要で、多くの設計では冷却材としても機能します。一方、高速炉は中性子の速度を維持することが目的であるため、減速材を使用しません。代わりに、冷却のために液体ナトリウム、鉛、溶融塩などの物質が使用されますが、これらは中性子の速度を低下させません。

サーマルリアクターとは何ですか?

熱反応器は、核分裂連鎖反応を維持するために熱中性子に依存するタイプの原子炉です。これは原子力発電所や研究用原子炉の重要なコンポーネントです。「熱」という用語は、核分裂プロセスで使用される中性子が減速または緩和されてエネルギーが低下し、ウランおよびプルトニウムの特定の同位体で核分裂を引き起こす際により効果的になっているという事実を指します。

熱原子炉の基本原理は、核分裂中に生成される高速中性子を減速させる減速材を使用して核分裂の速度を制御することです。熱反応器で最も一般的に使用される減速材は、水 (軽水炉) または黒鉛 (黒鉛減速炉) です。

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高速炉とは何ですか?

高速炉は、核分裂連鎖反応を維持するために高速中性子（より高い運動エネルギーを持つ中性子）を使用する原子炉の一種です。熱化された（減速された）中性子に依存する熱炉とは異なり、高速炉は高速中性子を使用して、プルトニウム 239 やウラン 233 などの核燃料の特定の同位体を核分裂させます。高速炉は、核燃料を効率的に利用し、従来の熱炉と比較して放射性廃棄物の生成が少なくなるように設計されています。

高速炉には、燃料効率の向上、長期放射性廃棄物の削減の可能性、熱炉では実用的ではない特定の核燃料を利用できる可能性など、いくつかの利点があります。しかし、高速炉には、急速な出力増加（「即時臨界」事象）のリスクや液体金属冷却材の腐食性など、技術的な課題や安全上の懸念も存在します。

熱反応器と高速炉の違い

中性子エネルギー: 熱炉と高速炉の主な違いは、核分裂連鎖反応を維持するために使用される中性子のエネルギーにあります。熱炉は熱化された（減速された）中性子を使用しますが、高速炉は高速中性子（より高い運動エネルギーを持つ中性子）を使用します。
燃料利用: 火力発電所では濃縮ウラン燃料が使用されます。ウランとプルトニウムの同位体の組み合わせを含む混合酸化物 (MOX) 燃料を使用するものもあります。一方、高速炉は、プルトニウム 239 やウラン 233 など、より幅広い種類の燃料を使用でき、燃料効率が向上し、長寿命放射性廃棄物の生成が減少する可能性があります。
中性子の減速: 熱原子炉では、中性子の速度を低下させるために減速材 (水や黒鉛など) が使用され、これにより特定の同位体における核分裂の確率が高まります。高速炉は、減速材なしで運転するか、最小限の減速を使用して、核分裂反応に高速中性子を利用します。
増殖能力: 高速炉には「増殖装置」となる可能性があり、運転中に消費するよりも多くの核分裂性物質を生成できることを意味します。非核分裂性同位体（ウラン 238 など）をプルトニウム 239 などの核分裂性同位体に変換することにより、高速炉はエネルギーを生成しながら追加の核燃料を生成できます。熱反応器には大きな増殖能力はありません。
冷却材: 火力発電所では水を冷却材として、また場合によっては減速材としても使用します。対照的に、高速炉はナトリウムや鉛などの液体金属冷却材を採用しており、これらは良好な熱伝達特性を持ち、炉心から効率的に熱を除去できます。

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熱炉と高速炉の比較

比較のパラメータ	熱反応器	高速炉
中性子エネルギー	熱化された（減速された）中性子	高速中性子（より高いエネルギー）
燃料の種類	濃縮ウラン、MOX燃料	プルトニウム 239、ウラン 233 など
燃料効率	中程度の燃費	燃料効率の向上（潜在的な増殖剤）
冷却システム	冷却水	液体金属冷却剤 (ナトリウム、鉛など)
核廃棄物	長寿命の放射性廃棄物を生成する	長寿命廃棄物を削減できる（潜在的な繁殖者）