２章【原子炉建屋】

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原 子 力 開 発 と 発 電への 利 用

１．原子力発電所の構成
原 子 炉 建 屋は、原 子 炉 圧 力容 器およびこれを納めCooling System）】

燃料集合体の数は、原子炉の種類や発電出力によっ

原子炉内にある冷却材（水）を注入する配管が破断しまた、ウラン燃料は、発電に約３年間利用され、約１年ほどです。ています。

【制御棒と出力制御】【使用済燃料プール】
使用済燃料は、核分裂により生まれた核分裂生成物から崩壊熱が発生するため、使用済燃料プールに入れ、制御棒を出し入れすることで、核分裂の量を調整して発電出力を制御することができます。核分裂で発生した中性子が、ウラン２３５の原子核にあたって、次々に核分プールの水で冷却されています。

【原子炉圧力容器】

裂を起こすため、制御棒には、中性子を吸収しやすいホウ素やカドミウムなどの物質が含まれています。不具合

ウラン燃料の核分裂を制御しながら、発生する熱を取り出す水と蒸気の高い圧力に耐える鋼鉄製の容器です。

が生じた場合でも、対処できるように多数の制御棒が備えられています。

火力発電所のボイラーに相当します。

【原子炉冷却材】

２．原子炉圧力容器内の構成

炉心は、燃料と制御棒などで構成され、水で満たされ燃 料のペレットを被 覆 管という長さ４ｍほどのジルコニウム合 金 製のさやに密 封して燃 料 棒とし、それらを数 十 本から数 百 本 束ねた燃 料 集 合 体が原 子 炉の中

水は、核分裂によって発生した熱を炉心から外部へ取り出す冷却材と、核分裂でウランやプルトニウムから発生した中性子の速度を遅くし、次の核分裂を起こしやすくする減速材としての役割を果たしています。

スプリング
外部スプリング

約10mm

燃料棒

約10mm
A´

A

ペレット

支持格子

チャンネルボックス

約14cm

33

・運転中に、燃料の燃焼度の調整など、ゆるやかな反応度の変化を ・運転中に、燃料の燃焼度の調整など、ゆるやかな反応度の変化を制御制御するときは、冷却水の流量を調整。
するときは、冷却水に混ぜた中性子を吸収するホウ素の濃度を調整。

再循環水
出口

燃料制御棒

制御棒駆動機構

・板状の中性子吸収体を十字型に組み合わせたもの。

制御棒と原子炉スクラム ・炉心の下方から水圧やガス圧によって、燃料集合体と燃料集合体の間に挿入。

●原子炉圧力容器断面図

燃料棒

制御棒
スプリング
上部ノズル
約8mm

支持格子

ペレット
燃料棒

タービンへ

約4.2m
B

B

燃料被覆管
（ジルコニウム合金）

給水
炉心

制御棒および駆動機構

ペレット

下部ノズル

B〜B 断面図

圧力抑制室内のプール
低圧注入ポンプ
格納容器スプレイポンプ

高圧炉心スプレイポンプ
復水貯蔵タンクから造・長い中性子吸収棒を上部で束ねた構造。

挿入方法 ・炉心の上部から重力落下によって、燃料集合体の中の案内管（燃料ペレットの入っていない管）の中に挿入。

日本の電力会社の 東北電力（株）、東京電力ホールディングス（株）、中部電力（株）、北陸電力（株）、中国電力（株）、
日本原子力発電（株）
原子炉型式

原子炉格納容器

再循環
再循環ポンプ

低圧炉心スプレイポンプ

構

北海道電力（株）、関西電力（株）、四国電力（株）、九州電力（株）、
日本原子力発電（株）

出典：原子力・エネルギー図面集

制御棒
燃料棒

約21cm

冷却材入口
（低温）

燃料制御棒

●ＥＣＣＳ
（非常用炉心冷却装置）と格納容器スプレイの例

格納容器スプレイ装置

非常用炉心冷却装置（ＥＣＣＳ）

制御棒駆動機構

冷却材出口
（高温）

格 納 容 器の圧 力 が 上 昇した場合、格納容器内の上部から水をスプレイして、内部の圧力上昇を抑えます。

原子炉圧力容器内部の状況に応じ、蓄圧注入系、高圧注入系、低圧注入系を用いて炉心に水を注入します。
原子炉格納容器

燃料取替用
水タンク

格納容器
スプレイポンプ

蓄圧注入系
制御棒および駆動機構
原子炉
圧力容器

加圧器
タービンへ

給水

蒸気発生器

制御棒

BWR・PWR共通 原子炉を完全に止めるときは、中性子を吸収する働きをもつ制御棒を一斉に原子炉の中に挿入。

原子炉の制御蒸気発生器

燃料棒
ウォーターロッドシュラウド

・原子炉内で蒸気が発生するため、気水分離器、蒸気乾燥器などが ・原子炉内で蒸気が発生しないため、炉心および原子炉圧力容器が必要となり、原子炉圧力容器が大型になる。
小型に設計できる。

約10mm

蒸気

ホウ酸水注入ポンプ

再循環水入口A〜A´断面図

原子炉圧力容器

制御棒クラスタ

格納容器スプレイ系

給水入口（冷却材入口）蒸気出口

ホウ酸水タンク

タイプレートタービン建屋での ・放射性物質を含む蒸気を直接タービンに流すため、タービン ・放射性物質を含んだ一次系の水は、蒸気発生器より外部には建屋を含め広い範囲で放射線管理が必要。
流れないため、タービン建屋などでの放射線管理が不要。
放射線管理●燃料集合体

格納容器の内壁に取り付けたドーナツ状の水管から水をスプレイして、内部を冷やします。

原子炉圧力容器

低圧注入系

ペレットとは別の水（二次系）で間接的に蒸気を・原子炉内で直接蒸気をつくるため、蒸気発生器や二次冷却系設備 ・炉心を流れる水（一次系）発生するため、蒸気発生器が必要。
は不要。

蒸気発生器

格納容器スプレイ装置

炉心の水が減ると、自動的にドーナツ型の穴のあいた水管から水をスプレイして、燃料を冷やします。

低圧炉心スプレイ系

チャンネルボックス

燃料被覆管（ジルコニウム合金）

非常用炉心冷却装置（ＥＣＣＳ）

高圧炉心スプレイ系

約4.5m

・原子炉のほか、主蒸気系配管や原子炉冷却材再循環系配管などを ・原子炉のほか、一次冷却系設備や蒸気発生器などを格納。
格納。
・原子炉格納容器の下部には、圧力抑制室がある。配管が破断して、BWR・PWR共通
原子炉格納容器 冷却材が漏洩する事故などが発生した場合、格納容器内に放出さ ・事故時に放射性物質を閉じ込める役割もある。
れた蒸気を、圧力抑制室内のプールの中に通すことによって冷・水素濃度の上昇を防ぐため、窒素の充填や電気を使わずに水素却し、格納容器内の圧力の上昇を抑制。
を酸素と結合させて水素を取り除く「静的触媒式水素再結合・冷却材が失われる事故が発生した場合は、非常用炉心冷却装置の装置」を設置。
水源とする役割もある。

■加圧水型原子炉（ＰＷＲ）の燃料集合体・原子炉圧力容器・冷却設備●ＥＣＣＳ（非常用炉心冷却装置）と格納容器スプレイの例

蒸気

加圧水型原子炉（PWR）

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ハンドル

沸騰水型原子炉（BWR）

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

燃料棒・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・●原子炉圧力容器断面図

われないように、ＥＣＣＳが作動し、冷却されます。

出典：中国電力（株）
ホームページなどを参考に作成■沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の燃料集合体・原子炉圧力容器・冷却設備●燃料集合体壊熱）が残っています。その熱で、原子炉の冷却材が失■沸騰水型原子炉（BWR）と加圧水型原子炉（PWR）の違いています。

【燃料集合体】が停止した後も、まだ核分裂生成物から発生する熱（崩に装荷されています。燃料集合体の大きさや装荷される一度に交換するのは、炉心全体の３分の１から４分の１影響を少なくするため、硬い岩盤の上に直接建てられテムが作動します。原子炉内の燃料は、核分裂の連鎖反応【非常用炉心冷却装置（ＥＣＣＳ、Emergency Coreに１回の定期検査の際に新たな燃料と交換されます。

る原子炉格納容器などから構成されています。地震のた場合に、非常用炉心冷却装置（ＥＣＣＳ）という安全シス

３．原子炉を冷却する非常用設備て異なります。

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原子力発電所の構成

一次冷却材ポンプ

炉心
一次冷却材ポンプ

高圧注入系
低圧注入系

高圧注入ポンプ

低圧注入ポンプ

出典：原子力・エネルギー図面集34