Loading article…
原子炉炉心は、原子炉内で核反応が起こり熱が発生する核燃料成分を含む部分です。[ 1 ] 通常、燃料は数千本の燃料ピンに収められた低濃縮ウランです。炉心には、構造部品、中性子を減速し反応を制御する手段、および燃料から炉心外部の必要な場所に熱を伝達する手段も含まれています。
一般的な加圧水型原子炉や沸騰水型原子炉の炉心内部には、直径が大型ゲルインクペンほどの燃料棒がそれぞれ約4メートルの長さで、数百本、場合によっては数千本が束ねられて「燃料集合体」と呼ばれています。各燃料棒の内部には、ウラン、あるいはより一般的には酸化ウランのペレットが端と端を合わせて積み重ねられています。炉心内部には、ホウ素、ハフニウム、カドミウムなど、中性子を容易に捕獲する物質のペレットが充填された制御棒もあります。制御棒が炉心に降ろされると、中性子を吸収するため、連鎖反応に関与できなくなります。逆に、制御棒が持ち上げられると、近くの燃料棒にある核分裂性ウラン235（U-235）またはプルトニウム239（Pu-239）の原子核にさらに多くの中性子が衝突し、連鎖反応が激化します。原子炉内部に設置された炉心シュラウドは、炉心内部の核反応を冷却するために水の流れを制御する役割を担っている。核分裂反応の熱は水によって除去され、水は中性子反応の減速にも役立つ。
グラファイト減速炉も使用されている。
あるタイプでは、中性子減速材として固体核黒鉛を用い、冷却材として通常の水を使用する。その一例が、ソ連製のRBMK型原子力発電炉である。これは、チェルノブイリ原発事故に関与した原子炉のタイプである。
英国設計の先進ガス冷却炉（AGCR）では、炉心は黒鉛製の中性子減速材でできており、そこに燃料集合体が配置されている。二酸化炭素ガスが冷却材として働き、炉心内を循環して熱を除去する。
また、減速材として黒鉛を用いる実験用原子炉もいくつか存在し、例えばペブルベッド型原子炉の概念や溶融塩原子炉実験などが挙げられる。
以下に、実験段階または仮説段階の原子炉炉心をいくつか挙げる。
ヘリウムガスで冷却する黒鉛減速型原子力発電炉の開発段階にあったが、現在は稼働していない。
溶融塩炉の炉心は、溶融塩が循環する穴が開けられた黒鉛の塊です。黒鉛は中性子減速材として機能し、原子炉の固体構造体となります。流路内を循環する溶融塩は、燃料と冷却材の両方の役割を果たし、連鎖反応を維持するために必要な核分裂性物質を含んでいます。
米国は、システム原子力補助動力計画（SNAP）の下で、一連の小型原子炉を開発した。SNAP原子炉の一つであるSNAP-10Aは宇宙に打ち上げられ、1965年に43日間正常に稼働した。
水性均質炉の炉心では、可溶性核塩（通常は硫酸ウラニルまたは硝酸ウラニル）を溶解させた水が使用されます。水はウラン塩の溶媒として機能するため、燃料としても用いられます。また、水であるため、原子炉の冷却にも使用されます。そのため、「均質」という名称が付けられています（冷却材と燃料が一体の均質な物質であることに由来します）。この水は、重水 でも通常の軽水でも構いません。
熱限界は、原子炉炉心運転において最も重要な制約の一つです。これらは、燃料の再装荷サイクルの計算から導き出され、原子炉炉心が燃料の健全性を維持し、安定した運転を確保しながら維持できる最大出力を定義します。これらの限界は、炉心内の熱、中性子束、および構成材料特性間の相互作用から計算されます。限界を超えると、過熱、燃料の損傷、および運転の中断につながり、発電所の運転許可が危うくなる可能性があります。 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]