冷却材のソースを表示

{{Otheruses|原子炉から熱を取り出す流体|冷蔵庫やヒートポンプに使われる流体|冷媒|自動車のエンジンの熱を取り出す液体|不凍液}}
'''冷却材'''（れいきゃくざい）とは、[[原子核分裂|核分裂]]によって放出される熱を、[[原子炉]]から取り出す役割を果たす流体のこと。

==概要==
原子炉冷却材は、[[中性子]]の反射および吸収効果の無い[[流体]]であって、なおかつ[[熱伝導率]]の高いものが望ましい。原子炉の元祖である、小規模な[[プルトニウム]]生産炉での冷却材は空気であったが、やや大型のプラントが開発されるようになってからは、[[軽水]]や[[炭酸ガス]]が冷却材として使われるようになった。原子炉に於ける冷却材の役割は非常に大きく、冷却材の種類や用い方が、その原子炉の特徴であるといえる。軽水は中性子の減速効果がある為、冷却材と[[減速材]]を兼ねることが多い。[[金属ナトリウム]]には減速効果はないが、熱伝導率が良い。

冷却材に関する事故で最も深刻なものは、冷却材喪失事故である。ボイド(蒸気の泡)の異常な増加や冷却材の漏洩がこれに当たる。原子炉の冷却が十分に行われなくなると、メルトダウン([[炉心溶融]])を引き起こし、最悪の場合、原子炉は爆発に至る。これを防ぐ為に、原子炉には[[非常用炉心冷却装置]](ECCS)を設けている。

===沸騰水型原子炉の冷却材===
[[沸騰水型原子炉]]では、冷却材として軽水が使われており、核分裂による熱エネルギーは蒸気として取り出される。軽水には中性子の減速効果があるため、同炉では減速材としての役割も兼ねている。冷却材と[[タービン]]を廻す蒸気が同じであるため、これに関わる系をすべて遮蔽しなければならない。

===加圧水型原子炉の冷却材===
[[加圧水型原子炉]]では、冷却材として軽水が使われており、核分裂による熱エネルギーは高圧・高温の軽水として取り出される。特に、原子炉から熱を取り出す軽水を一次冷却材といい、[[蒸気発生器 (原子力)|蒸気発生器]]で熱交換を行い、二次冷却材である軽水を沸騰させ、これがタービンを廻す。１気圧での軽水の[[沸点]]は100℃であるが、同炉では一次冷却材を加圧し、沸点を300℃程度まで高めている。また、一次冷却材は、減速材を兼ねている。

===高速増殖炉の冷却材===
[[高速増殖炉]]では、冷却材として現在は溶融金属ナトリウムが使われており<ref>http://www.mext.go.jp/b_menu/shingi/gijyutu/gijyutu2/shiryo/012/06092102/003.pdf 文部科学省 研究計画・評価分科会資料　各国の高速増殖炉における冷却材の使用状況(PDF)</ref>、核分裂による熱エネルギーは高温の金属ナトリウムとして取り出される。ナトリウムの利点として、中性子をあまり吸収せず、反射させ、原則も少ないということがある<ref>[http://www.aec.go.jp/jicst/NC/senmon/old/koso/siryo/koso06/siryo03.htm 高速増殖炉（FBR）の技術的見通し－ナトリウム技術－,動力炉・核燃料開発事業団/内閣府原子力委員会]</ref>。熱伝導率が良い為、原子炉から取り出される出口温度は500℃を超える。特に原子炉から熱を取り出す金属ナトリウムを一次冷却材といい、熱交換器を通して二次冷却材である金属ナトリウムへ、さらに蒸気発生器を通し、三次冷却材の軽水を蒸気に変えてタービンを廻す。二次冷却材として金属ナトリウムを挟むのは、ナトリウムの性質から、原子炉内でのナトリウム爆発を防ぐ為の配慮で、水と金属ナトリウムが混ざることを防いでいる。また、一次冷却系の周囲は、全て[[不活性ガス]]と[[鋼鉄]]の壁で覆われており、万が一ナトリウム漏洩が起きても原子炉には影響が出ないようにしている。二次冷却系は鋼鉄の床のみとなっている。

===黒鉛減速炭酸ガス冷却型原子炉の冷却材===
[[黒鉛減速炭酸ガス冷却型原子炉]]では、一次冷却材として[[炭酸ガス]]（[[二酸化炭素]]）が使われており、核分裂による熱エネルギーは高温の炭酸ガスとして取り出される。蒸気発生器で熱交換を行い、二次冷却材である軽水を沸騰させ、これがタービンを廻す。

===高温工学試験研究炉の冷却材===
高温工学試験研究炉では、一次冷却材として[[ヘリウム]]が使われており、核分裂による熱エネルギーは高温のヘリウムとして取り出される。中間熱交換器と一次加圧水冷却器の2種類の熱交換器を並列に設置し、原子炉で発生した熱を最終的に加圧水冷却設備の加圧水空気冷却器により大気へ拡散する。一次加圧水冷却器で約20MWおよび中間熱交換器で約10MWの除熱を行う並列運転と、中間熱交換器は使用せず一次加圧水冷却器のみで約30MWの除熱を行う単独運転とがある。中間熱交換器は一次冷却材出口温度が約950℃であり、また、二次冷却材（ヘリウムガス）出口温度も約900℃という高温で使用される。

==冷却材に関する事故例==
{{seealso|冷却材喪失事故}}
高速増殖炉[[もんじゅ]]の漏洩事故では、配管内を流れる溶融金属ナトリウムモニター用温度計の設計ミスから配管の破損が発生し、650kg程度の漏洩が生じた。漏洩した合金は空気や空気中の水分、床材のコンクリート中水分などと激しく反応して爆発的に炎上したとみられる。この結果、床の鉄板張りが溶解し、周囲にナトリウム化合物が飛散した。再現実験の結果、このときの温度は940℃に達していたとされる。<ref>http://133.53.8.211/04/monju/category05/cat05.html 高速増殖炉研究開発センター 高速増殖炉もんじゅ もんじゅのあゆみ</ref>この事故に関しては後に（広義の）事故隠しなど[[不祥事]]が発覚し[[社会問題]]となった。

原子炉の熱媒体として用いた[[ナトリウムカリウム合金]]の漏洩の事故例においては、配管の腐食事故の例がある。<ref>http://www.rist.or.jp/atomica/database.php?Frame=./data/dat_detail.php?Title_No=03-01-03-10 原子力百科事典ATOMICA 開発中の原子炉および研究炉等 高速増殖炉 高速増殖炉の安全性 海外諸国の高速炉における事故・故障・トラブル（ナトリウム漏えいを除く） (03-01-03-10)（NaK系合金漏洩事故の具体例）</ref>
<ref>http://www.rist.or.jp/atomica/database.php?Frame=./data/dat_detail.php?Title_No=03-01-03-08 原子力百科事典ATOMICA 開発中の原子炉および研究炉等 高速増殖炉 高速増殖炉の安全性 海外諸国の高速炉におけるナトリウム漏えい事故 (03-01-03-08)（NaK系合金漏洩事故の具体例）</ref>

また、アメリカ合衆国、[[スリーマイル島原子力発電所事故|スリーマイルアイランド]]の加圧水型原子炉<!--(日本と同型) CE社の原子炉はWH社・三菱重工の原子炉とはコンセプトが異なるのでこの部分コメント-->で起きた事故は、一次冷却材の喪失事故で、メルトダウン([[炉心溶融]])を引き起こした。

[[美浜発電所]]では[[2004年]]に二次冷却材の水（軽水）が[[エロージョン]]（壊食）によって磨耗した配管から噴き出し、作業員4人が死亡、7人が重軽傷を負う事故が発生し、原子力に対する保守の甘さが問題となった事例がある。詳しくは[[美浜発電所#過去の主なトラブル]]に記述がある。

== 主な原子炉冷却材 ==
*[[軽水]]
*[[重水]]
*[[二酸化炭素]]
*[[ヘリウム]]
*[[金属ナトリウム]]
*[[ナトリウムカリウム合金‎]]
*[[水銀]]
*[[空気]]

== 関連記事 ==
*[[原子力発電]]
*[[減速材]]
*[[もんじゅ]]
*[[スリーマイル島]]
*[[冷却剤]]
**[[液冷]]
**[[空冷]]
**[[水冷]]
*[[冷却材浄化系]]

== 脚注 ==
<references/>

{{原子炉}}

{{DEFAULTSORT:れいきやくさい}}
[[Category:原子力]]
[[Category:材料]]
[[Category:冷却]]
[[Category:伝熱]]
{{Nuclear-stub}}