原子力発電って聞くと、なんだか難しそう…と思うかもしれませんね。でも、実は「PWR」と「BWR」という2つのタイプがあることを知っていましたか？この二つの違いを理解することで、原子力発電がどのように電気を作っているのか、ぐっと分かりやすくなりますよ。今回は、このpwr と bwr の 違いについて、小学生でもわかるくらい優しく解説していきます！
1. 水をどう使う？PWR と BWR の 決定的な違い
まず、一番大きな「pwr と bwr の 違い」は、水をどのように使って蒸気を作り、電気を発生させるかにあります。どちらも「水を熱して蒸気にし、その蒸気でタービンを回して発電する」という基本的な仕組みは同じなのですが、その「水の扱い方」が違います。PWRは「加圧水型」、BWRは「沸騰水型」と呼ばれており、この名前にもヒントが隠されています。
PWR（加圧水型）では、原子炉の中で熱せられた一次冷却水（水）は、圧力を高く保つことで沸騰しないようにしています。この熱い水は、熱交換器という装置を通って、二次系（別の水が入っているところ）の水を蒸気に変えます。つまり、原子炉の中の水と、タービンを回す蒸気は、直接触れ合わないのです。 この「二重の壁」があることが、PWRの安全性を高めている大きな理由の一つです。
一方、BWR（沸騰水型）では、原子炉の中で直接、水が熱せられて蒸気になります。この蒸気がそのままタービンに送られて発電します。原子炉の中の水が直接蒸気になるので、PWRのように熱交換器は必要ありません。シンプルで、設備も比較的コンパクトになるのが特徴です。
| タイプ | 冷却材 | 蒸気発生方法 | 熱交換器 |
|---|---|---|---|
| PWR (加圧水型) | 水（高圧） | 熱交換器で二次系の水を蒸気に | あり |
| BWR (沸騰水型) | 水 | 原子炉内で直接水を蒸気に | なし |
2. 冷却材って何？
原子力発電では、原子炉で発生した熱を運ぶために「冷却材（れいきゃくざい）」というものを使います。この冷却材が、熱を運び、最終的に蒸気を作り出す役割を担っているのです。PWRとBWRでは、この冷却材の使い方が「pwr と bwr の 違い」として現れてきます。
PWRでは、一次冷却材として「加圧された水」を使用します。この水は、原子炉の中で核分裂によって発生した熱を吸収し、非常に高温になります。しかし、圧力をかけているため、この高温の状態でも沸騰することはありません。この熱を、熱交換器を通して別の水に伝え、その水が蒸気になります。
- PWRの冷却材：水（加圧）
- BWRの冷却材：水
BWRでは、冷却材として「水」を使用します。PWRのように加圧はしません。原子炉の中で水が直接熱せられ、沸騰して蒸気になります。つまり、PWRのような「加圧」という工程がないのが、ここでの「pwr と bwr の 違い」と言えます。
3. 安全対策：どんな工夫があるの？
原子力発電では、安全性が何よりも大切です。PWRとBWRでは、その安全対策にも「pwr と bwr の 違い」が見られます。どちらも非常に高度な安全設計がされていますが、アプローチが少し異なります。
PWRは、先ほども触れたように、原子炉の中の一次冷却水と、タービンを回す蒸気の間に「壁」があるのが特徴です。これは「二重のバリア」とも言え、放射性物質が外部に漏れ出すリスクを低減するのに役立ちます。また、原子炉の圧力を調整する「加圧器」という装置があり、これを使って水の圧力を細かくコントロールしています。
BWRは、原子炉内で直接蒸気が発生するため、PWRのような熱交換器はありません。しかし、その分、原子炉の構造がシンプルになるというメリットがあります。BWRの安全対策としては、緊急時に炉心を冷却するためのシステムが複数用意されていたり、発生した蒸気を安全に処理する仕組みが備わっています。
- PWRの安全対策：
- 一次冷却水と蒸気の分離（二重バリア）
- 加圧器による圧力調整
- BWRの安全対策：
- シンプルな原子炉構造
- 多重の炉心冷却システム
- 蒸気処理システム
4. 燃料の形と配置
原子力発電で使われる燃料は、「ウラン」というものです。このウランが核分裂を起こして熱を発生させます。PWRとBWRでは、この燃料の形や、原子炉の中にどう配置されるかにも「pwr と bwr の 違い」があります。
PWRでは、燃料は細長い棒状になっており、それを束ねた「燃料集合体」という形にして原子炉の中に並べます。これらの燃料集合体は、原子炉容器の中に垂直に立てて配置されます。冷却材である水は、これらの燃料集合体の周りを通り抜けて熱を運びます。
BWRでも、燃料は細長い棒状のものが束ねられた燃料集合体として使われます。しかし、BWRでは、この燃料集合体は原子炉容器の中に、水平、つまり横向きに配置されるのが特徴です。これは、原子炉の構造や、水が蒸気になって上昇する流れを考慮した配置となっています。
5. 炉心の構造
「炉心（ろしん）」というのは、原子炉の中で核分裂が起こり、熱が発生する一番大切な部分のことです。PWRとBWRでは、この炉心の構造にも「pwr と bwr の 違い」があります。
PWRの炉心は、燃料集合体が格子状に並べられています。その周りを、高圧で流れる一次冷却水が囲んでいます。炉心全体を覆うように、燃料が配置されているイメージです。炉心の上部と下部には、冷却材の流れを制御するための装置なども組み込まれています。
BWRの炉心は、先ほども触れたように、燃料集合体が水平に配置されています。冷却材である水は、炉心の底から入り込み、燃料の間を通り抜けて蒸気となって炉心の上部から出ていきます。このように、水の流れ方や燃料の配置が、PWRとは大きく異なります。
6. 制御棒の役割と位置
原子力発電では、核分裂の反応をコントロールするために「制御棒（せいぎょぼう）」というものを使います。この制御棒の役割や、それがどこに配置されているかにも「pwr と bwr の 違い」があります。
PWRでは、制御棒は燃料集合体の上部から、必要に応じて炉心の中に挿入されます。核分裂の反応を抑えたいときは、制御棒を炉心の中に深く差し込みます。逆に、反応を活発にしたいときは、引き抜きます。これは、まるで鉛筆をノートに差し込むようなイメージで、上から挿入・引き抜きを行います。
BWRでは、制御棒は炉心の「下部」から挿入されます。これは、BWRの炉心構造や、水の流れ（下から上へ）に合わせた配置です。炉心の底から制御棒を出し入れすることで、核分裂の反応をコントロールしています。このように、制御棒の挿入方向が「pwr と bwr の 違い」を象徴する部分の一つです。
7. 再生・安全性への影響
「pwr と bwr の 違い」は、それぞれの発電方式の「再生」や「安全性」にも影響を与えます。これは、発電所がどのように設計され、どのように運転されるかという点に関わってきます。
PWRは、その二重のバリア構造などから、一般的に「安全性が高い」と言われることがあります。また、燃料の交換なども、計画的に行われやすいという特徴があります。しかし、構造が複雑になりがちで、建設コストが高くなる傾向があります。
BWRは、構造が比較的シンプルであるため、建設コストを抑えられる場合があります。また、蒸気が直接タービンを回すため、エネルギー効率が良いとされることもあります。しかし、原子炉の中に放射性物質を含む蒸気が流れるため、設備管理にはより一層の注意が必要です。
どちらの方式も、世界中で長年にわたり安全に運転されており、それぞれのメリット・デメリットを考慮しながら、最適な発電所が選ばれています。
いかがでしたか？PWRとBWR、それぞれの「pwr と bwr の 違い」を理解することで、原子力発電がより身近に感じられたのではないでしょうか。どちらも、私たちの生活を支える電気を作るために、日々活躍しているのです。