原子力

核分裂は大量の熱エネルギーを放出し、蒸気タービンによる発電を可能にします。

核燃料は通常、ウラン235などの核分裂性核種であり、核分裂ごとに平均して複数の中性子を生成します。熱中性子は核分裂性燃料の中で最も効率的に連鎖反応を開始するため、核分裂によって放出される高速中性子は、中性子減速材によって減速する必要があります。

水素原子核と中性子は同等のサイズを持ち、衝突で中性子がかなりの運動エネルギーを失うことを確実にするため、水は優れた減速材です。重水素はすでに中性子を持っており、他の中性子を吸収する可能性が低いため、重水はさらに優れています。

減速材は、コア内の中性子を均一な分布に保つための中性子反射板としても機能します。

ウラン235または238の自発的な核分裂は予測できないため、連鎖反応の開始を制御するために中性子源が原子炉に設置されます。

連鎖反応の状態は、中性子増倍係数k(ある世代で核分裂によって生成された中性子の数と、前の世代の核分裂によって生成された中性子の数との比)によって記述されます。

kが1未満の場合、原子炉は亜臨界であり、エネルギー出力は減少しています。k が 1 のとき、リアクトルは臨界であり、エネルギー出力は安定しています。kが1より大きい場合、原子炉は超臨界であり、エネルギー出力は増加しています。

この連鎖反応は、ホウ素やカドミウムなどの中性子吸収材料で作られた制御棒で制御されます。完全に挿入された制御棒は多数の中性子を吸収し、原子炉を亜臨界に保ちます。制御棒を引き抜くと、ますます多くの核分裂が発生します。

水などの冷却剤は、原子炉の炉心から熱を逃がしてタービンの蒸気を作ります。原子炉が加熱されると、中性子はより速く移動し、核分裂を引き起こす可能性が低くなり、過熱を回避するのに役立ちます。

コアは、水や厚いコンクリート層などの材料によって保護されています。全体的な炉心設計と格納容器構造は、どちらも原子炉の種類によって異なります。