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原子炉の自己制御性もっと詳しく原子力

原子炉の自己制御性

伊方発電所の原子炉は、水の密度効果とウラン238のドップラー効果によって、どのような出力においても、「出力が上昇すると、自然に出力の上昇を抑える」という性質を持っています。
これを自己制御性といいます。

密度効果
核分裂は遅いスピードの中性子で起こりやすいので、核分裂連鎖反応を続けるためには核分裂で発生した非常に速い中性子のスピード(約2万Km/秒)を1万分の1程度まで遅くして熱中性子(約2Km/秒)にする必要があります。その働きをするのが減速材と呼ばれるもので水や黒鉛が使用されます。
伊方発電所のように水を減速材として使っている場合は、何らかの原因によって出力が上昇し、水の温度が上昇すると、水の体積が膨張して密度が低くなるため、減速効果が低下して核分裂反応が抑えられます。
一方、チェルノブイリ発電所のように減速材として黒鉛を使用している場合は、温度が上昇しても密度はほとんど変化しないため、密度効果は期待できません。

ドップラー効果
伊方発電所ではウラン235の濃度が4%程度の低濃縮ウラン燃料を使用しており、燃料の96%程度はウラン238です。ウラン235が1個核分裂すると平均2.4個程度の高速中性子が発生します。(核分裂によって中性子が2個発生する場合と3個発生する場合があり、その平均が2.4個程度という意味です)。この中性子は減速の途中で燃料中のウラン238に吸収されるなどにより、最終的に1個の中性子がウラン235に吸収されて、次の核分裂を起こし、連鎖反応を続けています。ところが、何らかの原因によって出力が上昇し、燃料の温度が上がると、ウラン238の原子核の動き(振動)が激しくなるため、中性子を吸収する割合が増え、核分裂反応が抑えられます。

原子炉の固有の安全性(自己制御性)