《電力》〈原子力〉[H27:問4]原子炉の加圧水型と沸騰水型の比較に関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★☆☆☆(やや易しい)

原子力発電で多く採用されている原子炉の型式は軽水炉であり,主に加圧水型と沸騰水型に分けられるが,いずれも冷却材と\(\fbox {  (ア)  }\)に軽水を使用している。

加圧水型は,原子炉内で加熱された冷却材の沸騰を\(\fbox {  (イ)  }\)により防ぐとともに,一次冷却材ポンプで原子炉,\(\fbox {  (ウ)  }\)に冷却材を循環させる。\(\fbox {  (ウ)  }\)で熱交換と行い,タービンに送る二次系の蒸気を発生させる。

沸騰水型は,原子炉内で冷却材を加熱し,発生した蒸気を直接タービンに送るため,系統が単純になる。

それぞれに特有な設備には,加圧水型では\(\fbox {  (イ)  }\),\(\fbox {  (ウ)  }\),一次冷却材ポンプがあり,沸騰水型では\(\fbox {  (エ)  }\)がある。

上記の記述中の空白箇所(ア),(イ),(ウ)及び(エ)に当てはまる組合せとして,正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
\[
\begin{array}{ccccc}
& (ア) & (イ) & (ウ) & (エ) \\
\hline
(1) & 減速材 & 加圧器 & 蒸気発生器 & 再循環ポンプ \\
\hline
(2) & 減速材 & 蒸気発生器 & 加圧器 &  再循環ポンプ  \\
\hline
(3) & 減速材 & 加圧器 &  蒸気発生器  & 給水ポンプ \\
\hline
(4) & 遮へい材 & 蒸気発生器 & 加圧器 & 再循環ポンプ \\
\hline
(5) &  遮へい材  &  蒸気発生器  & 加圧器 & 給水ポンプ \\
\hline
\end{array}
\]

【ワンポイント解説】

原子力発電の問題は毎年一問程度出題されますが,最も多いのが本問のような原子炉に関する問題です。加圧水型(PWR)と沸騰水型(BWR)に分けられ,同じ原子力発電でも設計が全く違うので,違いをよく理解しておきましょう。

1.原子炉の型式
①沸騰水型(BWR)
蒸気発生器を持たないので,放射性物質がタービンに直接持ち込まれるのが大きな特徴で,他には以下の特徴があります。
・炉心圧力が低く蒸気発生器や加圧器がないので,構造が加圧水型(PWR)と比較して簡単
・再循環ポンプを持ち,ポンプでの流量によって出力を調整する。
・制御棒でも出力を調整するが,汽水分離器があるので,下から上に向かって挿入される。
・何らかの原因で出力が上昇すると気泡が発生し,反応が抑制されるため,自動で出力が抑制される。

②加圧水型(PWR)
蒸気発生器で蒸気を発生させるので,通常運転時放射性物質がタービンに持ち込まれないという特徴があり,他にも以下のような特徴があります。
・タービン系統に放射性物質が持ち込まれないので,タービンや復水器のメンテナンス時に放射能対策が不要。
・加圧器を持ち,原子炉内の圧力が高い。軽水の沸点が上がるので,沸騰しない。
・ホウ素濃度で出力調整を行う。
・制御棒の抜き差しでも出力調整するが,上から下に向かって挿入されるため,安全性に有利である。
・蒸気発生器等の過程を経る分,若干熱効率は劣る。


引用:資源エネルギー庁原子力白書2013

【解答】

解答:(1)
(ア)
軽水は減速材に利用されており,遮へい材はコンクリート等が用いられます。

(イ)
加圧水型は加圧器により冷却材の沸騰を抑えます。

(ウ)
ワンポイント解説の通り,蒸気発生器では熱交換により蒸気を発生させます。

(エ)
沸騰水型の特有の設備として,再循環ポンプがあります。給水ポンプは,火力発電所でボイラに水を送る設備です。