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反応度 (原子力)

索引 反応度 (原子力)

反応度(はんのうど、reactivity)は、原子炉制御の重要なパラメーターのひとつである。.

32 関係: 加圧水型原子炉原子炉原子核中性子線チェルノブイリ原子力発電所ヨウ素パラメータパーセントドップラー効果ホウ酸制御材制御棒イットリウムウランガドリニウムキセノンキセノン135ソビエト連邦サマリウムサマリウムの同位体燃料ペレット燃料集合体高速中性子蒸気タービン臨界状態自己制御性電子ボルトRBMK-1000核分裂反応毒物質 (原子力)沸騰水型原子炉減速材

加圧水型原子炉

加圧水型原子炉(かあつすいがたげんしろ、Pressurized Water Reactor, PWR)は、原子炉の一種。核分裂反応によって生じた熱エネルギーで、一次冷却材である加圧水(圧力の高い軽水)を300℃以上に熱し、一次冷却材を蒸気発生器に通し、そこにおいて発生した二次冷却材の軽水の高温高圧蒸気によりタービン発電機を回す方式。発電炉として、原子力発電所の大型プラントのほか、原子力潜水艦、原子力空母などの小型プラントにも用いられる。.

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原子炉

建設中の沸騰水型原子炉(浜岡原子力発電所)国土航空写真 原子力工学における原子炉(げんしろ、nuclear reactor)とは、制御された核分裂連鎖反応を維持することができるよう核燃料などを配置した装置を言う。.

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原子核

原子核(げんしかく、atomic nucleus)は、単に核(かく、nucleus)ともいい、電子と共に原子を構成している。原子の中心に位置する核子の塊であり、正の電荷を帯びている。核子は、基本的には陽子と中性子から成っているが、通常の水素原子(軽水素)のみ、陽子1個だけである。陽子と中性子の個数、すなわち質量数によって原子核の種類(核種)が決まる。 原子核の質量を半経験的に説明する、ヴァイツゼッカー=ベーテの質量公式(原子核質量公式、他により改良された公式が存在する)がある。.

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中性子線

原子核物理学における中性子線(ちゅうせいしせん、neutron beam)とは中性子の粒子線を言う。.

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チェルノブイリ原子力発電所

チェルノブイリ原子力発電所(中央付近)周辺の衛星画像、1997年撮影 チェルノブイリ原子力発電所の位置 チェルノブイリ原子力発電所(チェルノブイリげんしりょくはつでんしょ)は、ウクライナ(旧:ソビエト連邦)のチョルノーブィリ(チェルノブイリ)近郊、プリピャチ市にあった原子力発電所。 原子炉の炉型は、黒鉛減速沸騰軽水圧力管型原子炉のRBMK-1000型(ソビエト型)。 1971年に着工され、1978年5月に1号炉が営業運転を開始した。 しかし1986年4月26日午前1時23分(モスクワ時間 ※UTC+3)に4号炉が原発事故を起こし、世界中にその名が知られた。 その時点で、既に建設中だった5号炉と6号炉は建設が中止された。その後も1号炉-3号炉の運転は、国全体レベルで電力不足などを引き起こすなどとされたため続けられたが、2000年12月に最後まで稼働していた3号炉を停止した。.

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ヨウ素

ヨウ素(ヨウそ、沃素、iodine)は、原子番号 53、原子量 126.9 の元素である。元素記号は I。あるいは分子式が I2 と表される二原子分子であるヨウ素の単体の呼称。 ハロゲン元素の一つ。ヨード(沃度)ともいう。分子量は253.8。融点は113.6 ℃で、常温、常圧では固体であるが、昇華性がある。固体の結晶系は紫黒色の斜方晶系で、反応性は塩素、臭素より小さい。水にはあまり溶けないが、ヨウ化カリウム水溶液にはよく溶ける。これは下式のように、ヨウ化物イオンとの反応が起こることによる。 単体のヨウ素は、毒物及び劇物取締法により医薬用外劇物に指定されている。.

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パラメータ

パラメータ(parameter)とは、 ギリシア語のπαρά (pará) 「傍に」 + μέτρον (métron)「尺度」を語源とする。.

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パーセント

パーセント(percent、%)は、割合を示す単位で、全体を百として示すものである。百分率ともいう。""が語源であり、は「毎に」、は「百」を意味する。また、パーセント記号そのものは""を縮めて書いたものがもとになっている。ドイツ語ではProzentといい、このため古い文献ではプロセントと表記されている。 割合を示す単位には、他に全体を三百六十とする方法(円グラフ、角度、時間など)や、全体を千とするパーミル(千分率、‰)や、万とするパーミリアド(ベーシスポイント、万分率)などがある。.

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ドップラー効果

ドップラー効果(ドップラーこうか、Doppler effect)またはドップラーシフト(Doppler shift)とは、波(音波や電磁波など)の発生源(音源・光源など)と観測者との相対的な速度の存在によって、波の周波数が異なって観測される現象をいう。.

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ホウ酸

ホウ酸(ホウさん、硼酸、Boric acid)もしくはオルトホウ酸は化学式H3BO3またはB(OH)3で表わされるホウ素のオキソ酸である。温泉などに多く含まれ、殺菌剤、殺虫剤、医薬品(眼科領域)、難燃剤、原子力発電におけるウランの核分裂反応の制御、そして他の化合物の合成に使われる。常温常圧では無色の結晶または白色粉末で、水溶液では弱い酸性を示す。ホウ酸の鉱物は硼酸石(サッソライト)と呼ばれる。メタホウ酸や四ホウ酸などホウ素のオキソ酸を総称してホウ酸と呼ばれることもある丸内 (2005) p.103。。.

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制御材

制御材(せいぎょざい)とは原子炉において制御棒を構成する材料である。中性子吸収断面積の大きい材料が使用され、棒状或いは板状に加工されている。 加圧水型原子炉では銀・インジウム・カドミウムの合金が、沸騰水型原子炉では炭化ホウ素 (B4C) ・ハフニウムのどちらか、または両者の組み合わせが使用される。.

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制御棒

制御棒(せいぎょぼう、英語:control rod)とは、原子炉の出力を制御するための棒状または板状の物体である。.

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イットリウム

イットリウム(yttrium )は原子番号39の元素である。元素記号はYである。単体は軟らかく銀光沢をもつ金属である。遷移金属に属すがランタノイドと化学的性質が似ているので希土類元素に分類される。唯一の安定同位体89Yのみ希土類鉱物中に存在する。単体は天然には存在しない。 1787年にがスウェーデンのイッテルビーの近くで未知の鉱物を発見し、町名にちなんで「イッテルバイト」と名づけた。ヨハン・ガドリンはアレニウスの見つけた鉱物からイットリウムの酸化物を発見し、アンデルス・エーケベリはそれをイットリアと名づけた。1828年にフリードリヒ・ヴェーラーは鉱物からイットリウムの単体を取り出した。イットリウムは蛍光体に使われ、赤色蛍光体はテレビのブラウン管ディスプレイやLEDに使われている。ほかには電極、電解質、電気フィルタ、レーザー、超伝導体などに使われ、医療技術にも応用されている。イットリウムは生理活性物質ではないが、その化合物は人間の肺に害をおよぼす。.

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ウラン

ウラン(Uran, uranium )とは、原子番号92の元素。元素記号は U。ウラニウムの名でも知られるが、これは金属元素を意味するラテン語の派生名詞中性語尾 -ium を付けた形である。なお、ウランという名称は、同時期に発見された天王星 (Uranus) の名に由来している。.

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ガドリニウム

ドリニウム (gadolinium) は原子番号64の元素。元素記号は Gd。希土類元素の一つ(ランタノイドにも属す)。.

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キセノン

ノン(xenon)は原子番号54の元素。元素記号は Xe。希ガス元素の一つ。ラムゼー (W. Ramsay) と (M. W. Travers) によって1898年に発見された。ギリシャ語で「奇妙な」「なじみにくいもの」を意味する ξένος (xenos) の中性単数形の ξένον (xenon) が語源。英語圏ではゼノン と発音されることが多い。 常温常圧では無色無臭の気体。融点-111.9 、沸点-108.1 。空気中にもごく僅かに(約0.087 ppm)含まれる。固体では安定な面心立方構造をとる。 一般に希ガスは最外殻電子が閉殻構造をとるため、反応性はほとんど見られない。しかし、キセノンの最外殻 (5s25p6) は原子核からの距離が離れているため、他の電子による遮蔽効果によって束縛が弱まっており、比較的イオン化しやすい(イオン化エネルギーが他の希ガス元素に比べて相対的に低い)。このため、反応性の強いフッ素や酸素と反応して、フッ化物や酸化物を形成する。.

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キセノン135

ノン135(Xenon-135、135Xe)は、半減期が約9.2時間の不安定なキセノンの同位体であり、ウランの核分裂生成物の1つである。キセノン135は、既知の最も強力な中性子捕獲物質(200万バーン)、核毒物であり、原子炉の運転に大きな影響を与える。.

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ソビエト連邦

ビエト社会主義共和国連邦(ソビエトしゃかいしゅぎきょうわこくれんぽう、Союз Советских Социалистических Республик)は、1922年から1991年までの間に存在したユーラシア大陸における共和制国家である。複数のソビエト共和国により構成された連邦国家であり、マルクス・レーニン主義を掲げたソビエト連邦共産党による一党制の社会主義国家でもある。首都はモスクワ。 多数ある地方のソビエト共和国の政治および経済の統合は、高度に中央集権化されていた。.

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サマリウム

マリウム(samarium)は原子番号62の元素。元素記号は Sm。希土類元素の一つ(ランタノイドにも属す)。単体は灰白色の軟らかい金属であり、空気中では徐々に酸化されて表面に酸化被膜を形成する。標準状態における安定構造は三方晶系。希土類元素の中では珍しく+2価の酸化状態を取る。最も安定な酸化物はSmOであり、常温で常磁性を示す。ハロゲンやホウ素、酸素族元素、窒素族元素などと化合物を形成し、多くの金属元素と合金を形成する。天然に存在するサマリウムは4つの安定同位体および3つの放射性同位体からなり、128 Bq/gの放射能を有する。 1879年にポール・ボアボードランによってサマルスキー石から発見され、鉱物名にちなんでサマリウムと名付けられた。サマルスキー石の鉱物名は鉱物の発見者であるワシーリー・サマルスキー=ビホヴェッツに由来しており、サマリウムは人名が元素名の由来となった初めての元素である。他の軽ランタノイドと共にモナズ石(モナザイト)に含まれ、地殻中における存在度は40番目。主にサマリウムコバルト磁石や触媒、化学試薬として利用され、放射性同位体は放射性医薬品などにも利用される。サマリウムは人体内における生物学的な役割を持たないが、溶解性のサマリウム塩類はわずかに毒性を示す。.

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サマリウムの同位体

マリウム(Sm)の同位体のうち天然に生成するものは、144Sm、150Sm、152Sm、154Smと、半減期の極めて長い放射性同位体である147Sm(半減期1.06×1011年)、148Sm(半減期7×1015年)、149Sm(半減期>2×1015年)からなる。152Smは天然存在比が26.75%と最も豊富に存在する。146Smも108と長い半減期を持ち、超新星爆発の残渣があった場合のみ、天然に生成する。 151Smの半減期は90年、145Smの半減期は340日である。その他は全て2日以内で、そのほとんどは48秒以内である。5種類の核異性体もあり、安定なものは141mSm (半減期 22.6分)、143m1Sm (半減期 66秒)、139mSm (半減期 10.7秒)である。 最も安定な152Smよりも軽い同位体は電子捕獲によりプロメチウムに、152Smよりも重い同位体はベータ崩壊によりユウロピウムに崩壊する。 サマリウムの同位体は、岩石と小惑星の年代の関係を調べるサマリウム-ネオジム年代測定に用いられる。 標準原子量は150.36(2) uである。.

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燃料ペレット

燃料ペレット(ねんりょうペレット、燃料心材、英語:fuel pellet)とは、原子炉で使用する核燃料を、磁器のように成形し焼き固めたセラミックで、原子炉の5重の壁の一つ目の要素である。.

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燃料集合体

燃料集合体(ねんりょうしゅうごうたい、fuel assembly)とは、原子炉で使用される核燃料の最少単位である。.

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高速中性子

速中性子(こうそくちゅうせいし、Fast Neutron)とは、エネルギー値の高い中性子を指す。厳密な定義は無いがエネルギー値が0.1 - 1.0MeV(メガ電子ボルト)よりも大きいものを指すことが一般的である。 中性子の速度は、そのエネルギー値から求める事が出来る。.

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蒸気タービン

蒸気タービンの動翼 発電用蒸気タービン 蒸気タービン(じょうきタービン、steam turbine)は、蒸気のもつエネルギーを、タービン(羽根車)と軸を介して回転運動へと変換する外燃機関である。火力・原子力・地熱などによる発電や産業用途(発電・ポンプ駆動等)に利用される。蒸気としては一般に水蒸気が使われる。 蒸気を利用する原動機としては、蒸気タービンの他に、蒸気でシリンダ内のピストンを往復運動させるレシプロ型の蒸気エンジンが存在する。レシプロ型については蒸気機関を参照のこと。.

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臨界状態

臨界状態(りんかいじょうたい)とは、原子力分野においては、原子炉などで、原子核分裂の連鎖反応が一定の割合で継続している状態のことをいう。 以下も原子力分野における臨界状態についての解説である。.

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自己制御性

自己制御性(じこせいぎょせい、Self Regulating Characteristics)とは、原子炉において、外部からの制御に依らず、核分裂反応の進行を安定させる自然の特性。 核分裂反応が進行し過出力になると、炉心の温度が上昇してボイド(蒸気)が増加する。炉内の容積は一定であるのでボイドの増加分だけ減速材である軽水が少なくなり、高速中性子が熱中性子に減速されず、結果として核分裂反応の進行が抑えられる。 逆に核分裂反応が弱まり低出力になると、炉心の温度が下降しボイドが減少する。減速材である軽水が増え、高速中性子が熱中性子に減速され、核分裂反応が進行する。 この自己制御性は、負の反応度フィードバックとも言われる。また、正の反応度フィードバックでは、過出力時には核分裂の進行を、低出力時には核分裂の減退を招き、炉は非常に不安定になる。正の反応度フィードバック特性を持った原子力発電所には、チェルノブイリ原子力発電所のRBMK型や高速増殖炉などがある。.

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電子ボルト

物理学において、電子ボルト(エレクトロンボルト、electron volt、記号: eV)とはエネルギーの単位のひとつ。 素電荷(そでんか)(すなわち、電子1個分の電荷の符号を反転した値)をもつ荷電粒子が、 の電位差を抵抗なしに通過すると得るエネルギーが 。.

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RBMK-1000

RBMK-1000は、ソ連が開発した、電気出力100万kWの商業用発電原子炉で、炉型は黒鉛減速沸騰軽水圧力管型原子炉である。RBMKとはロシア語のReaktor Bolshoy Moshchnosti Kanalnyy(hi-power pressure tube reactors、高出力圧力管原子炉)のアクロニムである。ロシア語ではРБМК(Реактор Большой Мощности Канальный)と表記される。英語ではLWGR(Light Water cooled Graphite moderated Reactor、軽水冷却黒鉛減速炉)である。後ろの数字は大まかな出力を示し、RBMK-1000とは100万kW級RBMKを意味する。ウクライナのチェルノブイリ原子力発電所の4号炉が事故を起こしたことで有名な原子炉。いわゆるソ連型。 RBMK-1000には原子炉格納容器が無いことで知られる。黒鉛は軽水とくらべて中性子減速能が劣るため、十分な減速能を得るために黒鉛炉の炉心は大きくならざるを得ない。実際には外径で14.8mであり、軽水炉の4m~6mよりはるかに大きい。このため原子炉全体ではなく、蒸気配管の一部のみが格納されているに過ぎない。また、その構成上、原子炉は複数の棒状の構造物(ブロック)で構築されており、一般に「炉」と言われて想像されるような容器形の構成物はない。 この型の原子炉は低出力領域において正の反応度出力係数を持っており、これを補償するために、設計者は原子炉内に常に一定の本数の制御棒を挿入しておく事を求めた。このことは運転規則に明記されたものの、これを保障するための制御棒引き抜き本数に連動した警報装置、及び緊急停止装置などは設けられなかった。1986年4月26日、チェルノブイリ原子力発電所4号炉では、蒸気タービンの惰力運転試験を実行するために、原子炉は蒸気タービンから切り離され、出力を下げられていた状態であった。しかし、再試験の際、出力を上げようとして規定以上の制御棒を抜いてしまった。そのため原子炉出力が急上昇し、それを非常停止させようと制御棒を一斉挿入した際、爆発に至った。また、同炉では制御棒の完全挿入までに18秒以上も掛かる仕様であったため、制御が間に合わなかったとされる。日本の軽水炉における完全挿入までの時間は、2秒から4秒程度である。.

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核分裂反応

核分裂反応(かくぶんれつはんのう、nuclear fission)とは、不安定核(重い原子核や陽子過剰核、中性子過剰核など)が分裂してより軽い元素を二つ以上作る反応のことを指す。オットー・ハーンとフリッツ・シュトラスマンらが天然ウランに低速中性子(slow neutron)を照射し、反応生成物にバリウムの同位体を見出したことにより発見され、リーゼ・マイトナーとオットー・ロベルト・フリッシュらが核分裂反応であると解釈し、fission(核分裂)と命名した。.

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毒物質 (原子力)

毒物質(どくぶっしつ、)または毒物、ポイズン、妨害物質とは、中性子の反応断面積が大きい核分裂生成物のことである。反応断面積が大きいため中性子をよく吸収し、よくも悪くも原子炉内での核分裂反応を低下させる。毒物質により原子炉の核反応が制御される。キセノン135などは原子炉停止直後に増加するため再起動を困難にする。またホウ素10のように核反応を低下させるなどの目的のため外部から持ち込まれる物質も毒物質という。 原子炉内部で核分裂反応を持続的に引き起こすには中性子の量を一定に保つことが重要であり、このような性質を持った毒物質は核反応にとって重要な影響を及ぼす物質となっている。.

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沸騰水型原子炉

沸騰水型原子炉(ふっとうすいがたげんしろ、Boiling Water Reactor、BWR)は、核燃料を用いた原子炉のうち、純度の高い水が減速材と一次冷却材を兼ねる軽水炉の一種である。.

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減速材

減速材(げんそくざい、)とは原子力発電において核分裂後に放出される中性子の速度を下げる役割を果たすもの。.

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ボイド係数反応度係数

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