
ここは原子炉の中身を横から見た図や。オレンジの棒がウラン燃料、上から刺さってる黒い棒が制御棒、まわりの青いのが水。
赤い点(速い中性子)が水にぶつかって遅くなると水色の点になり、燃料に当たるとウランが核分裂して、また中性子が2〜3個飛び出す。これが連鎖反応や。制御棒と冷却ポンプを操作して、原子炉を安全に運転してみよう!
🎯 ミッション(クリアで★)
📘 原子炉のしくみ
核分裂と連鎖反応
ウラン235に遅い中性子が当たると、原子核が2つに割れて(核分裂)、大きなエネルギー(熱)と2〜3個の新しい中性子が出る。その中性子がまた別のウランを割る…これが連鎖反応。1回の核分裂から次の核分裂が平均ちょうど1回起きる状態を臨界といい、出力が一定に保たれる。画面の「増倍率 k」が1より大きいと出力が増え、1より小さいと減っていく。
水の2つの役割(減速材と冷却材)
核分裂で出た中性子はとても速く、そのままだとウラン235に吸収されにくい。水の中の水素にぶつかってスピードが落ちた「熱中性子」になると、核分裂を起こしやすくなる。これが減速材の役目。同時に水は燃料の熱を運び出す冷却材でもあり、運んだ熱で蒸気を作って発電する。
制御棒
制御棒はホウ素などの、中性子をよく吸い込む材料でできている。深く入れるほど中性子が吸われて連鎖反応が弱まり、抜くほど強まる。緊急時に制御棒を一気に全部入れて止めることをスクラムという。
負のフィードバック(自己制御性)
水温が上がると水がふくらんで薄くなり、沸騰すると泡(ボイド)ができる。すると中性子が減速されにくくなって、核分裂が自然に減る。日本の多くの原子炉(軽水炉)は、熱くなりすぎると勝手に出力が下がる性質になるように設計されている。
遅発中性子
核分裂で出る中性子のうち約0.65%は、すぐには出ずに数秒〜数十秒遅れて出てくる(画面の黄色い点。このシミュレーターでは操作しやすいように約1.5%にしている)。この「遅れ」があるおかげで出力の変化がゆっくりになり、人間や機械が制御できる。スクラムした直後に出力がすぐゼロにならず、少し尾を引くのもこのため。
崩壊熱
核分裂でできた物質(核分裂生成物)は放射線を出しながら壊れていき、そのときにも熱が出る。止めた直後でも運転中の約6〜7%、数時間たっても約1%の熱が出続ける。だから原子炉は止めたあとも冷やし続ける必要がある。2011年の福島第一原子力発電所の事故でも、原子炉は自動で止まったが、津波で電源を失って冷やせなくなり、燃料が損傷した。