02 原子力発電の仕組み

入って第2週の講義やっていきましょう。まあ講義としては最初の初回の講義ですね。科目名はいくつかありますが、原子力の安全性（災害と入ろう）、放射性廃棄物、プラント安全と廃止措置、副専攻ですね。Qカリキュラムでは副専攻として原子力安全防災論で、大学院としてはプラント安全工学既存にという科目名、4つの科目名でこの講義にたどり着いているかと思います。今日はHER2の講義となります。減少数での仕組みという題名をつけておりますけれども、まあ原子炉、原子力について簡単な入門をさせていただきます。じゃあ始めましょう。

すごいですねまぁ原子力エネルギーの基礎となってますねっと質量欠損 原子核が核分裂することによって 質量を失うそのその牛の質量を失った分だけのエネルギーを放出するという ところですね 1911年原子構造の実証またまたラザフォードさんです原子構造の実証 具体的に言うと現視研心を構造として原子核電神の存在を実証したということです えラザフォードによってこのような 放送権史の構造が明らかになったということです 原種のほとんどっていうものの質要点は中心部分に固まっています で の原子核という部分ですね この小さな領域に集中していてその 原子核というのはプラスに帯電している天下を持っている その外側に電子非常に質量の軽い マイナスの電荷思う 電子が存在する ということを実証したということです えっとまぁその後に出てくるので一応言っておきます裏技フォードさんはこので原子核 の中の中の容姿とか中性子とか良いものについてまでは言及していませんが8後に中性 子の発見というのがまずすぐに出てきますので毒素でで関係してきます ここまでで放射線とか放射性崩壊っていう言葉がいろいろと出てきましたのでその崩壊 と放射線について 少し詳しく説明してみましょうか まあ先ほども言ったんですけれども放射性核種が崩壊 または海辺と言いまとも言いますけどもして別の各種に変わるとき 放射線を出しますアルファ線ベータ部腺癌ません などと呼ばれる放射線を で放射性核種が改変すると崩壊すると a つの各種になるため元の放射性核種はなく なり前多くの放射性核種があったとすると放射性核種も等の放射性核種っていうのは へっ 8具体例を挙げて説明しましょうか右もず 例えばセシウム137 質量数が137の施主という元素 セチンも遠いたいですね a 棟 これ 今のところ福島第一原発

続いて1898年、アームレスト・ラザフォード、イギリス人ですね。このラザフォードによるアルファ線、ベータ線、ガンマ線の発見です。それまでX線とは異なる放射線が出ているということを発見しました。ウランから出ているということを発見しました。なぜ報道が続いて1900年に、アルファ線、ベータ線、ガンマ線というふうにこれらの放射線のことを命名しました。まさしくここではラザフォードがウランがアルファ線を出して別の核種、トリウムになるということを発見しました。

同位体になると これでデータ線とガンマ線ガンマ線っていうのは 講師ですね光の一種です ただ 目に見える生かし高よってはだいぶとエネルギーの高い領域の 電磁波と考えてください こういうふうにペット も等の放射性核種っていうのはその広告社製各種が公開すると別の各種になるとなり ます どんどんどんどんそういうふうに精神を13ならが最初はいっぱいあったんだけれども どんどんどんどん施主ミサンガらが放射線を出して崩壊していくとせ信一さんがらの料 っていうのは え時間とともに減っていきます その減っていく長さを 減っていく速さ のですかね水深3さんならの寿命 半減期というもので表しています 半減期についてもう少し説明したいと思います 越冬 まあ今崎セシウム137が崩壊するとバリウム137 m になると言いましたけれど も 一つの原子核があるとすると それが5 公開を起こすのか放射線を出して別の原資に変わるのかっていうのはわかりません非常 にランダムです予測できないんですね 次の単位時間に崩壊する確率は一定の値です ということはへ まあ今存在して次の 1日の間に公開する確率 a 棟 まだ崩壊しなかったとしている 明日の1日24時間の間に崩壊する確率 また同じ一定の確率です 何日経っても同じ次の簡易時間に崩壊する確率っていうのは一定ですっていうような これ確率論になるんですけれどもこういったものが 多数集まって その数を数えるとそのセシウムの量っていうのは最初1って有料あったとするとこんな

ついに1905年です。皆さんよくご存知のアインシュタインです。一応ドイツ出身なので同一とか書いてますけれども、この時にはもうドイツにはいなかったですね。スイスかどこかの新聞社で働いてたかと思います。まあこの奇跡の年で1905年、アインシュタインが何本もの世界を揺るがす論文を書いた年ですね。その一つが特殊相対性理論の論文です。その中で質量とエネルギーの等価関係、皆さんよくご存知のE=mc²というものを発表しました。

えっとまぁこれだけじゃないんですけれども主だったものを 対応させて見ていきましょうアルファ線を出すのがアルファ崩壊です アルファー線の正体はっていうと何かというと ヘリウムなんですねえリウム原子核 です ここで ux っていうのが もともとの放射性核種の元素記号を表しますね いっ ここでは一般性を持たせて x と書いてますけれどもここの部分裏んだったり セシウムだったりいろいろするわけですね でこの元素記号の左肩 左上に書いてある映画 質量数です 要するに原子核の中にある用紙と中性子の数のそうそうはですね で まぁ先に言っちゃうと左下に書いてある水っていうのが原子番号を表します 恨んであれば92万っていうのがここに入りますね 殿下と質量の保存からここからアルファー線が出るあるファイルを使用するにヘリウム 原子核が出るって言うことは リリウムは 容姿の数あ正田家で言うと兄です原子番号兄です 忠誠心登用しそれぞれ2つずつで質量数は4ですこれがここから 出て行きますから x から差し引かれますから 出てきた新たな各種っていうのは x ではもうなくなりますね x ダッシュとしていますけれども違う元素 違う質量数を持つものですで 元素どんな元素かというと原子番号が z 水マイナスになりますねこの日中は ヘリウムの 天下の分を引いたものですね

これすごいですね。まあ原子力エネルギーの基礎となっていますね。質量欠損、原子核が核分裂することによって質量を失う、その失った分だけのエネルギーを放出するというところですね。

でそれがもっと安定なエネルギー準位の低い状態 同じ原子核ではある原子核同位体ではあるんですけどぜーぜーぜーぜーぜーぜーぜー ぜーぜーぜー以南プジー番号と 3原子番号と質量数は変わらないんですが とエネルギー順位が変わるというようなものです 先ほど x 線もガンマー線もへ 光の一種 だと言いました電磁波の一種ですね こういった付まあ女おおよその目安ですけどこういったことになっています これ全部電磁波ですね波長とか周波数が違っている レンジ違っているんですねそのうち我々の目で見える可視光線っていうのはほんの限ら れた領域ですこのあいだだけです それ以外の波長の光っていうのは電磁波っていうのは我々見ることができません 8実の波長の非常に短いほうにいったところですね周波数でいうと高い方要するに エネルギーで言うと高いほうに行くと x 線管ませんというものがあります もう一つ ウランの崩壊系列などについてはこの後のスライドで説明します で もう一つですねアクチノイドんのウランより重い元素 特に超ウラン元素と呼びます なぜそのように of かというと 天然に存在する元素っていうのは裏までなんですよね一番重い元素で裏までです ネプツニウムくるとにもアメリ死ぬというこの90 電子パンを93番以上の元素っていうのは ほぼほぼ 人類がこの件 原発などで 人工的に作り上げたものをとの ています 公開系列について説明します ちょっと耳がちっちゃくって見づらくて申し訳ございません とですね例えばグラン ウランの ほぼほぼ主要な

1911年、原子構造の実証、またまたラザフォードさんです。原子構造の実証、具体的に言うと原子核の存在を実証したということです。ラザフォードによってこのような放射線の構造が明らかになったということです。原子のほとんどの質量は中心部分に固まっています。その原子核という部分ですね。この小さな領域に集中していて、その原子核というのはプラスに帯電している電荷を持っています。その外側に電子、非常に質量の軽いマイナスの電荷を持つ電子が存在するということを実証したということです。

いうことはその他の元素溢れ念仏 new が最初となって メック家に無名37が最初となっている方会計でつですけどもこちらはトリウム23に ですね こちらにあるのはウラン235が最初にある 公開系列ですけどもこれら全部 交わることがないんですねえっと 例えばトリウム232だとこれ 質量数を読んで割るとあまりがない 過去 各種ばっかりなんですよねここに出てくるの ネプツニウムから始まる系列は 質量数これらの質量数を読んで割ると1必ず1余る 同位体ばっかりなんですね 先ほどのウラン238から出発するものは に余るに余ります ウラン235から出発するものはさんあまります このように4種類の崩壊系列が先ほど言ったアクチの移動 といった件 幻想 かでは存在し得るということ これだけ覚えておいてください 次に1945年とうとう第二次世界対戦が集結します まずドイツが降伏しますねえっ8本最初はこのまま貼った計画 ナチスドイツ の対策として開発されましたけれども ドイツが原爆落とす前に 降伏してしまいました その後残った日本は 戦争続けましたのでとうとう披露しな長崎へ原爆が投下されたということですね ここで 核分裂反応とはどういうものが赤ティの説明したいと思います 核分裂英語で言うとフィジュンといいますが 主にですね基本的にはウラン235 他にもありますけれどもまずはウラン235を考えましょう 核分裂を起こすものとして裏235 ウラン235が中性子を吸収して 竜以上の軽い元素に分裂しますこの付 軽い元素分裂した後の軽い元素のことを核分裂生成物と言います

まあその後に出てくるので一応言っておきますが、ラザフォードさんはこの原子核の中の陽子とか中性子についてまでは言及していませんが、後に中性子の発見というのがまずすぐに出てきますので、そこでも関係してきます。

を説明したいと思います ウラン235がまず燃料として 存在しますよねでそこに中性子が一個やってきて吸収されると核分裂を起こしてより 軽い元素が例えば2つに分かれます これ例えば先ほど出てきた黄瀬のとか要素とか セシウムとかストロンチウムとかそういう軽い幻想ですね その時に 出されるエネルギー運動エネルギーというのがねつえーで熱に変換されて も熱が冷却水を おっ 発電に使われるというものになります この核分裂生成物については ゴミになっちゃうわけなんですけれどもこれの他に中性子も出てきますね 中性子が複数出てきますでこの中性子が先ほども言ったようにまたウラン235燃料で あるイラン235に吸収された場合はもう一度核分で増光します そうじゃなくて燃料中に 占部ウラン235ようにもたくさんあるウラン238に吸収された場合は 中性子のエネルギーが低いエネルギーが低い場合は とこれ核分裂を起こしませんので 吸収されて 実は中性子がウラン238に吸収されて またベータ崩壊を起こすことによってプルトニウム239になります こういった形でまたプルトニウムが8中性子を吸収して核分裂を起こしたりあるいは核 分裂黄笠を起こさずに吸収して別の より重い元素を作ったりというようなことも その他ですね中性子ここを核分裂で発生した中性子がどんなところでどんな風になるか というと例えばその他構造材とか核分裂生成物とかん 吸収されて 放射性核種を新たに有無とかですね あるいは原子炉の中からそもそも握ってしまう 出て行ってしまうとかいうこともありえます で そういったものものことを考え 銀貨こういうふうにまあ連鎖版の核分裂が続けば どんどんどんどんそのままエネルギーを取り出せるわけですよね 各部1個の中性子から1個の核分裂 その後また各部1個の核分裂が起きたら 嬉しいわけですね この核分裂の数がずーっと一定で ペン化しない

ここまでで放射線とか放射性崩壊という言葉がいろいろと出てきましたので、その崩壊と放射線について少し詳しく説明してみましょうか。まあ先ほども言ったんですけれども、放射性核種が崩壊、または変換と言いますけれども、して別の核種に変わるとき放射線を出します。アルファ線、ベータ線、ガンマ線などと呼ばれる放射線を出します。放射性核種が変換すると崩壊すると一つの核種になるため、元の放射性核種はなくなります。多くの放射性核種があったとすると、放射性核種も等の放射性核種というのは減っていきます。

あるいはこういった核分裂関係の技術開発は 特に終盤ですね第二次世界対戦勃発 する頃にはもう 完全に核兵器あの 軍事利用が目的として開発されました 一つこの中で気づいたこと ソビエト ロシアとかソビエトというのがあんまり出てきてないんですけれども べつになにもやってなかったわけではありませんただ彼らは結構姫 その他のヨーロッパの地域とは情報共有せずに秘密 リニアの独自の開発を進めてたのであまり 世の中にそのよそういった歴史の中に出てこなかったんですね ただし アメリカが急いで原発を 原爆をつくって投下したって言うのも ロシア ソビエトの 開発よりも先に原爆を 作りたかった もあるぐらいロシア russia soviet も 開発を進めていました ここからスライドが変わって 戦後の原子力の利用ですが うってかわって原子力の平和利用の歴史とさせていただいています 蘇寧 no マイルストーンとなったのが1955年ですねアメリカ大統領アイゼンハワー大統領が 演説した後もず for peace 原子力の平和利用を歌った前舌がスタートとなっています もちに1957年これ 核原子力の あるいは核分裂の兵器利用 防止を目的として 設立されたのが ia いわゆる国際原子力機関です

具体例を挙げて説明しましょうか。例えばセシウム137、質量数が137のセシウムという元素です。セシウムも遠いですね。今のところ福島第一原発あるいはその周辺地域での環境の汚染で一番大きく今のところ気にしているのがセシウム137です。元気についてはまた後ほど説明しますけれども、半減期約30年というものを持っています。このセシウム137はほとんどが99.5%こちらの方向に崩壊しますので、これだけについて説明しましょうか。

光を灯すというようなイベントが行われた言うらしいです そういうこともあってえっとすごいその当時原子力というのは夢のエネルギー と言う キャッチフレーズで どんどんどんどん明るい未来という感じで 浸透していたと 地代ですね さらに第一次オイルショックっていうのも 1973年にあり どんどん論本エネルギーセキュリティという観点でも原子力を導入しようといった ところでした ここで 沸騰水型軽水炉と加圧水型軽水炉についてちょっと説明しましょうか 沸騰水型軽水炉は左側右側が加圧水型です それぞれ名前沸騰 水っていうことでボイリング蛍約方訳して vita ブリアールと呼びます 加圧水型プレッシャーライスウォーターリアクター で pwr ですね でずう見るとどこが決定的に違うかというと ewr 沸騰水型の場合はローン原子炉がここなんですけれどもここに赤いのが燃料 ですね え原子炉の中で沸騰させます 冷却するよう水蒸気に掛け替えてその蒸気を直接タービンに送りタービンを回して発電 機発電する といった形をとってます 加圧水型軽水炉については 原子炉の中で沸騰させません ということで圧力を加えて7 沸騰させないようにしていますですからプレッシャーられず加圧水型と言います 沸騰させない水をと冷却水として循環させています ここをつながっているように見えますがここ ここが1次冷却水のループで こちら側は二次冷却水別の水 ここでここ蒸気発生器と言いますけれどもここで別の水を 長期に変えて

このセシウム137についてはベータ線を出すことによって、ベータ線というのは電子を電子殻から放出することによって放出します。電子殻から電子が出ますので電荷の保存をするために原子番号が変わります。要するに元素が変わります。原子番号を一つ増えてバリウムになるんですね。質量数は変わりません、137です。ただしまだエネルギーとして励起状態、エネルギーの高い状態にありますので、m-stateというものがついています。バリウム137mに変わります。この時点でセシウムの原子一粒がバリウムに代わっています。

それ以外にもですねその燃料棒の中だけじゃなくて外側でも中性子がいっぱい飛び交っ ているところですので 先ほど見たように中性子をこのこういう構造材圧力容器とか その他の構造材が 吸収することによって放射性物質になってしまう そういうた現象放射化と言いますしてそのそれで生成されたものを放射化生成物と言い ますがこういったものも ゴミになるときには放射性廃棄物というふうに扱われます 一方で の燃料由来の放射性物質というのは基本的に高レベル放射性廃棄物というふうになり ます 年表に戻ってきましたこんな風に 1970年代前半くらいまでは イケイケドンドンな感じで原子力っていうものを が をもてはやされた時期ですね日本でもここから 原子力発電所の建設ラッシュが始まります ところがそのうちですねとうとうついに1979年アメリカ編シール便利あのすみ スリーマイルとで原発事故が起こりました 1986年にはソ連の 今で言うところのウクライナですけれどもチェルノブイリ原発事故が起こりました こういうことを受けて 1980年代はですね原子力が低迷する時期となりました も原子力から脱出するというふうに下方向転換する国も出てきたと アメリカも の時期 知る原発の新たな 建設というものを見合わせた時期ということに ただその後ですね1990年代中頃から後半 原子力んレスサンクスが始まります 主翼での復興ですね どういったバックグラウンドがあったかというとアジア地域の経済成長でアジアも エネルギー源を必要とする 化石燃料がどんどんどんどん高くなって取り合いになってきたと それでアジアの国々も原発にも興味が出てきた それ一方で地球温暖化に対する環境問題の意識の向上というものがあります 温暖化月 排出を抑制するという 京都議定書なども この頃気1990年代後半で

さらにこのバリウム137mというのはエネルギー励起状態にあるため不安定なので、より安定な基底エネルギー状態に移ろうとしてガンマ線を出して、これも崩壊と言います。ある意味これもバリウム137mがバリウム137の基底状態の同位体になるということです。

起こしてしまった ということで この格納容器の中にあるわ 燃料の中誤審に閉じ込めるということもできなかったんですね放射性物質を いうのが福島第一原発事故の発展ですね そこでへ はい策として設定されたのがこの新規性ですね そのポイントとして二つぐらいあの 簡単に説明しますまず一つ目は大規模な自然災害への対策として この講義でもおそらくが後でカバーしているでしょう地震とか津波に が出てきてますね地震に対しては活断層郎党の上に安全上重要な施設を建てないですと か 津波に対しては海水が敷地いないや重要な施設の中に入らないよう十分高い場所に設置 あるいは防潮堤などを設置 ん 火山に対しては想定される火山省長沙市必要においてその対策を施すとか 竜巻に対する対策なども取り入れられています 安全機能を持つ複数の機器や設備を同時に打つ失うことのない体操九九を行う 要するに多重性対応生独立性を確保するということです 複数のあの 発電機やポンプなどを用意しておくとが入ったことも含まれます もう一つで炉内の圧力が高くなって水が入らなくなることを防ぐ 水素バックスは by かつを防ぐという対策を 放射性物質の大気中拡散を抑えるまたて労災対策というのももちゃんとて盛り込まれて おります こういった福島原発の事故を受けて 近年の 世界の各国の状況ですと それをまとめたものですえっとですねこれ軸が2つあります まず横軸は 左側現在で原発を利用している国々を 右側は現在原発を鉋いく 2017年時点においてない国ですね uae 荒節教国連邦なんかは 建設はしておりません 縦軸の方 は将来

これでベータ線とガンマ線、ガンマ線というのは光線ですね、光の一種です。ただ目に見える光よりはだいぶとエネルギーの高い領域の電磁波と考えてください。