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軽水や重水やガス以外での減速材の使用について質問です。 ベリリウムは原子力...

でぃむさん

2016/3/2102:55:11

軽水や重水やガス以外での減速材の使用について質問です。

ベリリウムは原子力発電における減速材と中性子反射体の役割を果たすということですが、実際に運用するとなると規模はどのくらいに

なるのでしょうか。

熱中性子の吸着量は黒鉛より小さいはずなので黒鉛炉よりは小さいと思うのですが。

私自身、原子力も物理や化学についての知識もありません。ご容赦ください。

補足分かりにくい質問で申し訳ありません。
高速で飛び出てくる中性子の速度を遅くし、より核分裂反応の効率を上げるのが減速材の役割だと聞いております。例えばカナダなどでは減速材に黒鉛が使用されているそうです。その際、黒鉛を減速材として利用するデメリットとして挙げられていたのが、原子炉自体の巨大化という点でした。というのも、他の物質に比べ中性子を減速する割合が小さいからだそうです。すなわち、黒鉛をいくつもの層にしなければ中性子を適切な速さに減速することができない⇒原子炉の巨大化に繋がるということでありました。

そこで黒鉛ではなくベリリウムを減速材として利用した場合の原子炉の規模はどのぐらいになるのかというのが今回の質問です。

原子番号が小さければ、その分だけ減速させる割合が大きいという情報を目にしました。
黒鉛は主に炭素から成るので、ベリリウムの方が原子番号は小さいですよね。つまり黒鉛炉よりは原子炉の規模が小さくて済むのではないかと個人的に考えたわけであります。

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kui********さん

2016/3/2213:06:13

原子炉の減速材とは、中性子の速度を遅くするためのものです。核分裂で発生した直後の中性子の速度は速く、U235の核分裂には寄与しにくいところが有るのです。そこで、中性子がU235とうまく反応できるように中性子の速度を調整するのが減速材の役割です。

減速の原理は次のようです。
ピンポン玉を転がして静止している何かにぶっつける時、ピンポン玉同士なら、ぶっつかって行った方が止まり、止まっていた方が動き出します。これが運動量保存の法則です。では止まっているのが倍の重さのピンポン玉ならどうでしょう。動いていったピンポン玉は重いピンポン玉とぶつかり、速度を落として跳ね返ります。止まっていたピンポン玉は、少し動き出します。
これが中性子減速の原理です。つまり、中性子の質量に近い物質が減速材に向いているのです。

すなわち、中性子の質量に近い物質に中性子を通すことで減速を行うのです。
では、その物質は何か?
水(この場合は軽水と言ったほうが違いが出る)ですよね。だから、「軽水炉」と言うものが有るのです。ただ、軽水は中性子を吸収しやすいため、重水を減速材に使う事があります。これを「重水炉」と言います。カナダに多いです。なぜ、重水炉が少ないか、それは重水が非常に高価だからです。カナダは水力発電が多く、安価な電力で軽水を電気分解して重水生産が出来たので何とかなったのですね。実用化されている減速材の能力は、黒鉛<軽水<重水、と言ったところです。

ここまでの話で判るかと思いますが、ベリリウムは中性子に比べ質量が大きく、水に匹敵できる減速効果は見込めません。金属なので、減速に必要な体積は小さくなるとは思いますが、ベリリュウムは重金属障害を起こす毒性を持っています。
ベリリウムの減速材使用を研究しているところはあるようですが減速材としては使いにくい材料と言えます。

質問した人からのコメント

2016/3/24 00:45:25

知りたかった答えに1番近い回答をくださったのでベストアンサーにしていただきました。
ありがとうございました!

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rie********さん

2016/3/2221:02:02

ベリリウムは減速材になり得ますが、人体に対する毒性が高いので取り扱いが難しく、2.7MeV以上の中性子を吸収してヘリウム2個と中性子2個に分解するので経年劣化しやすいなどいろいろ取り扱いが面倒で、高価になってしまうので特殊用途にしか使われないのだと思われます。
なので通常使われる減速材は軽水、重水、黒鉛の三つだけですね。

炉心の中性子反射材としてはベリリウム化合物が用いられたり、また新型転換炉などの実験炉でもベリリウム減速材が実験されたりなどはあるようです。

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msa********さん

2016/3/2108:39:56

すみません。質問の意味がわかりません。

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