原子炉冷却材

原子炉冷却材は、原子炉の炉心から熱を取り除き、それを発電機や環境に伝達するために使用される原子炉内の冷却材です。一次冷却材ループは原子炉からの 短期放射能を吸収するため、2 つの冷却材ループのチェーンが頻繁に使用されます。

現在稼働中の原子力発電所のほとんどは、高圧の普通の水を冷却材と中性子減速材として使用する軽水炉です。約 1/3 は、一次冷却材が原子炉内で相転移して蒸気になる沸騰水型原子炉です。約 2/3 は、さらに高圧の加圧水型原子炉です。現在の原子炉は、液体と気体の区別がなくなる臨界点（約 374 °C、218 bar）以下で稼働するため、熱効率が制限されますが、提案されている超臨界水炉は、この点以上で稼働します。

重水炉は、通常の水と同じ特性を持ちながら中性子捕獲がはるかに少ない重水素酸化物を使用し、より徹底した減速を可能にします。

冷却水に含まれる水素原子に中性子が当たると、一部は中性子を吸収して重水素になり、さらに一部は放射性トリチウムになる。トリチウムに汚染された水は、事故や公的承認により地下水に漏れることがある。^[1]

燃料棒は高温を作り出し、水を沸騰させて蒸気にする。停電時には、水ポンプに非常用電力を供給するディーゼル発電機が津波、地震、またはその両方によって損傷を受ける可能性がある。燃料棒を冷却するための真水がポンプで汲み上げられなければ、燃料棒は加熱し続ける。燃料棒が1200°Cを超えると、核燃料を含むジルコニウム管が蒸気と反応し、水とナトリウムの反応と同様に、水分子から水素が分離する。この水素は、原子炉の炉心と格納容器の亀裂から漏れる可能性がある。水素が十分な量（空気中の濃度が4%以上）に蓄積されると、福島第一原子力発電所1、3、4号機で発生したように爆発する可能性がある。

2号炉ではこのような爆発は回避され 、通気口が開いて水素が放出され、放射性水素ガスが放出されて圧力が下がった。^[2]

ホウ酸水は加圧水型原子炉（PWR）の通常運転時の冷却材として、またPWRと沸騰水型原子炉（BWR）の緊急炉心冷却システム（ECCS）でも使用されています。^{[3] [4] [5]}

ホウ素は、多くの場合ホウ酸またはホウ酸ナトリウムの形で、安価で豊富な資源である水と混合され、原子炉の炉心から熱を取り除き、その熱を二次回路に伝達する冷却剤として機能します。^[6]二次回路の一部は、タービンを回転させて発電するために使用される蒸気発生器です。 ホウ酸水は、中性子吸収断面積が大きいため、中性子毒としても機能するという追加の利点もあります。中性子毒では、余分な中性子を吸収して原子炉の核分裂率を制御します。したがって、原子炉の反応性は、冷却材中のホウ素濃度を変更することで簡単に調整できます。つまり、冷却材にホウ酸をさらに溶解してホウ素濃度を高めると（ホウ素化）、原子炉の反応性は低下します。逆に、水を追加してホウ素濃度を下げると（希釈）、原子炉の反応性は増加します。^[7]

PWR冷却材中のトリチウムの約90%は、ホウ素10と中性子の反応によって生成されます。トリチウム自体は水素の放射性同位体であるため、冷却材は放射性同位体で汚染され、環境に漏れないようにする必要があります。さらに、この影響は原子炉の運転サイクルが長くなると考慮する必要があり、そのため冷却材中のホウ素の初期濃度を高くする必要があります。^[7]

高速炉は出力密度が高く、中性子減速を必要とせず、また回避しなければならない。そのほとんどは溶融ナトリウムを使用した液体金属冷却炉である。鉛、鉛ビスマス共晶、その他の金属も提案され、時折使用されている。最初の高速炉では水銀が使用された。

溶融塩は金属と同様に、高温でも蒸気圧が低いという利点があり、ナトリウムよりも化学反応性が低い。FLiBeのような軽元素を含む塩も減速作用を発揮する。溶融塩炉実験では、核燃料を運ぶ溶媒としても機能した。

ガスも冷却剤として使用されています。ヘリウムは化学的にも核反応に関しても極めて不活性ですが、熱容量が低く、

有機減速冷却原子炉は、炭化水素を冷却材として使用する初期の概念として研究されたが、成功しなかった。

• 高速炉冷却材としてのナトリウム、トーマス・ファニング、ANL ナトリウムは鉛やヘリウムよりも優れていると評価されています。

• ウィキメディア・コモンズの原子炉冷却材に関するメディア