制御棒と中性子減速材の大きな違いは、制御棒は中性子を吸収することができ、中性子減速材は中性子を減速させることができる点である。

原子炉を構成するのは、制御棒と中性子減速材である。この2つの部品には、それぞれ異なる、しかし重要な役割があります。制御棒は中性子を吸収することで核連鎖反応を制御し、中性子減速材は中性子の速度を低下させることで核連鎖反応を制御する。

カタログ

1. 概要と主な違い 2. 制御棒とは 3. 中性子減速材とは 4. 横並び比較 - 制御棒と中性子減速材の表形式 5. まとめ

制御棒は何ですか？

制御棒は、原子炉の中で中性子を吸収する部品です。原子炉で使用されるウランやプルトニウムの核分裂率を中性子を吸収して制御することが主な機能であるため、このような名前がついている。制御棒の組成は、通常、ホウ素、カドミウム、銀などの化学元素を含み、核分裂反応を起こさずに中性子を吸収することが可能である。また、これらの化学元素は、異なるエネルギーの中性子に対する中性子捕獲断面積が異なる。

図01：コントロールスティック

原子炉の炉心内には制御棒が設置されている。そして、炉心で起こる核の連鎖反応を制御するために調整されるのです。主に原子炉の熱出力、蒸気発生率、出力の制御に重要な役割を担っている。

原子炉の反応度には、制御棒の本数**と炉心の距離**が大きく影響する。通常、新しい原子炉の制御棒は完全に**である。核の連鎖反応が始まると部分的に除去される。

中性子モデレータは何ですか？

中性子減速材とは、原子炉の中で中性子の速度を遅くするための部品です。高速中性子の速度を低下させ、減速させる媒体と考えられている。しかし、この成分は中性子を捕獲することなく、中性子を減速させることができるため、非常に重要である。中性子はこの成分によって最小限の運動エネルギーしか残らない。これらの中性子は熱中性子と呼ばれ、高速中性子よりも核連鎖反応の伝播に敏感である。

一般的な原子炉では、中性子減速材として「軽水」が最も多く使われている。代替案として、固体黒鉛と重水が使える。減少した中性子の運動エネルギーは減速材に伝達される。ここで、エネルギーは減速材材料の位置エネルギーに変換される。

熱中性子炉でU-235が核分裂すると、高速で移動する自由中性子とエネルギーの2種類の核分裂生成物が生成されます。これは、中性子の放出プロセスが自立的に行われるため、連鎖反応を誘発する。さらに、非常に高いエネルギーを放出することができます。核分裂断面積は、さらなる核分裂事象を決定するために不可欠な要素である。核分裂断面積は、中性子の速度に依存する。そのため、中性子モデレータの使用は管理上、非常に重要である。しかし、高速炉では中性子減速材がない。

制御棒と中性子減速材の違い

原子炉の構成要素には、制御棒と中性子減速材がある。制御棒と中性子モデレータの大きな違いは、制御棒は中性子を吸収し、中性子モデレータは中性子を減速させるという点である。制御棒は中性子を捕獲して核連鎖反応を制御するが、中性子減速材は中性子を捕獲しない。

以下のインフォグラフィックは、制御棒と中性子減速材の違いをまとめたものです。

概要 - 制御棒 vs. 中性子減速材

原子炉の構成要素には、制御棒と中性子減速材がある。制御棒と中性子モデレータの大きな違いは、制御棒は中性子を吸収し、中性子モデレータは中性子を減速させるという点である。

引用

1 Wheeler, Mason Wheeler Marson. "How do control rods work?" physical stack exchange, 1 November 1964, available here.