原子炉の違いについて

Question

原子力発電所の原子炉にはさまざまな種類がありますが、通常の核分裂炉と高速増殖炉に大きな違いはあるのでしょうか・・？
高速増殖炉は入れた燃料よりも燃えて作り出された燃料の方が多いらしいですが、これは実際に増殖しているのでしょうか？それとも見かけだけ増殖しているだけなのでしょうか？
また、核分裂炉は、材料にウラン235を用い、高速増殖炉は材料にプルトニウム239を用い更にウラン238を使用していることはわかるのですが、決定的な相違点として他に大きな特徴がそれぞれにあるのでしょうか？
長くなってしまいましたが、どうかご教授願います・・

shiara · Accepted Answer

通常の核分裂炉と高速増殖炉に大きな違いはあるのでしょうか・・？
→通常の核分裂炉と言っているのは、軽水炉のことと思いますので、それとの比較で説明します。軽水炉では、水を冷却材に使います。高速増殖炉では、液体金属で冷却します。現在、高速増殖炉と言えば、ナトリウム冷却がほとんどです。冷却材が違う理由は、高速増殖炉では増殖を目的としているからです。核分裂直後に発生する中性子は高速で飛び出しますが、液体金属は原子が重いため、中性子が減速されにくくなります。軽水炉では、水の分子の水素が軽いため、中性子が減速されやすいのです。中性子を減速させない理由は、核分裂で発生する中性子の数を増やすためです。高速中性子によって核分裂した場合は、発生する中性子の数が多くなります。高速中性子では、3個程度発生しますが、熱中性子（低速の中性子）では、平均2個ちょっとです。核分裂で発生した中性子のうち、1個は次の核分裂を起こすのに使われます。残りの中性子のうち、1個程度は、原子炉内の構造物に吸収されます。さらに残った中性子がウラン238に吸収されて、プルトニウム239に変わります。プルトニウム239をたくさん作るためには、発生する中性子の数が多い方がよいので、増殖のためには高速中性子を使うのです。
燃料の違いでは、高速増殖炉はプルトニウムを燃料に使いますが、これは増殖によって得られる燃料がプルトニウムであるということと、プルトニウム239の方が、ウラン235より核分裂で発生する中性子の数が多い、という理由によるものです。

実際に増殖しているのでしょうか？
→増殖の定義は、1個の核分裂によってできたプルトニウムの数です。先に述べたように、核分裂で発生する中性子の数が多い方がプルトニウムがたくさんできます。核分裂で3個の中性子が発生した場合、1個は次の核分裂に使われ、1個は構造材に吸収されますので、残り1個がウラン238に吸収されてプルトニウム239に変わります。この場合、増殖比は１になります。現実の炉心を設計するときは、増殖比が1.2程度になるように設計します。

決定的な相違点として他に大きな特徴がそれぞれにあるのでしょうか？
→運転する時の温度の違いや、ナトリウムを冷却材に使う場合は、ナトリウムが化学的に活性であることから考慮すべき点が多々あります。

GOOD-Fr · Answer

説明するためには、前提として知っておかないといけないことが多すぎるので、ここでちゃんと説明できる人はいないでしょう。
たぶん「高速中性子」とか「減速材」とかの言葉を適当にちりばめて、それっぽい説明がされるだけかと思います。その程度の回答で納得できるから質問なさったのかもしれませんが・・・。

ウラン235 を燃料とする「軽水炉」と、プルトニウム239 を燃料とする「高速増殖炉」では、必要とされる特性がまったく異なります。したがって、燃料ごとに別設計の炉を作る必要があるわけです。ですが、高速増殖炉は運用がとても難しく、実験炉も含めて稼働中の高速増殖炉は世界的にもほぼゼロです。
ちなみに、高速増殖炉にウラン238 を入れておくと、プルトニウム239 に変化するため、燃料が「増える」とされていますが、投入したプルトニウムを取り返すためには約90年の運用が必要であるため、実際には高速増殖炉を使っても燃料は「増えません」。一般的な軽水炉であっても、一部のウラン238 はプルトニウム239 に変化します。が、プルトニウム239 が増えすぎると軽水炉の運転に支障をきたします。このため、「燃料再処理」を行ない、プルトニウム239 を分離するのですが、この分離されて余ったプルトニウム239 は核爆弾の原料とできるため、貯蔵しているだけで世界中から非難されます。
日本には分離されたプルトニウム239 が 40トン以上もあります。が、これを貯蔵しておくことは世界的に許されないため、プルトニウム239 を軽水炉で「無理やり燃やす」のが、プルサーマルです。（プルトニウムは骨親和性核種であるため、核爆弾ではない「プルトニウム爆弾」でさえも、大きな脅威です。したがって、「劣化ウラン弾」はあっても、「劣化プルトニウム弾」はないわけです）
今後、日本の原子炉と原子力政策は、ますます大きな赤字を生み出すだけでなく、大量の核廃棄物の管理を適切に行なう責任を何百万年にもわたって背負い続けることになります。

結論だけいえば、原子力の話をしているときに「プルトニウム 239」とか「高速増殖炉」という単語が出てくれば、「ダマされている」と思ってまちがいないでしょう。

ozunu · Answer

訂正
×ウラン239
○ウラン238

ozunu · Answer

高速増殖炉は、核分裂反応で出た高速中性子を減速させずにウラン239に吸収させて、核燃料になるプルトニウム239を生成させる。
ただし、高速中性子は熱中性子に比して核分裂反応を起こしにくいので、高速増殖炉は動力炉と言うより核燃料の生成炉というべきであろう。

原子炉の違いについて

通常の核分裂炉と高速増殖炉に大きな違いはあるのでしょうか・・？

説明するためには、前提として知っておかないといけないことが多すぎるので、ここでちゃんと説明できる人はいないでしょう。

訂正

高速増殖炉は、核分裂反応で出た高速中性子を減速させずにウラン239に吸収させて、核燃料になるプルトニウム239を生成させる。

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