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ハルデン炉と重水炉の基礎用語
会話日：2026-03-27
ハルデン炉（Halden Reactor / JEEP-II）
はるでんろ
炉型研究炉
ノルウェーのハルデンに位置する沸騰重水炉（BHWR）。1959〜2018年に運転した国際共同研究炉で、OECDハルデン炉プロジェクトとして20カ国以上が参加。
核燃料の照射挙動・材料試験・計装研究の世界的中心地であった。重水（D₂O）を冷却材兼減速材とし、発生蒸気を地域暖房にも活用していた。
| 項目 | 内容 |
|---|
| 炉型 | 沸騰重水炉（BHWR） |
| 熱出力 | 最大 20 MW |
| 冷却材／減速材 | 重水（D₂O） |
| 運転期間 | 1959〜2018年 |
重水（D₂O）
じゅうすい
減速材冷却材
水素の代わりに重水素（²H = D）を含む水。通常の水（H₂O）と比べ中性子吸収断面積が極めて小さい（約0.001 barn）ため、
中性子を「無駄に吸収せず」に熱中性子まで減速できる。この特性により、濃縮度の低い天然ウラン（U-235濃度0.7%）でも臨界を維持できる。
「減速」とは中性子を蒸発させることではなく、重水素原子核との衝突によって中性子の速度（エネルギー）を落とすことを指す。
衝突によって移行したエネルギーは重水の加熱に使われ、沸騰重水炉ではこれも含めた熱を蒸気として取り出す。
熱中性子 / 高速中性子
ねつちゅうせいし / こうそくちゅうせいし
中性子物理
核分裂で生まれた中性子は高速（MeVオーダー）。これを減速材との衝突で eV オーダー（周囲温度と同程度）まで落としたものを熱中性子という。
U-235 の核分裂断面積は熱中性子の方が高速中性子に比べて著しく大きいため、天然ウランを燃料とする炉は熱中性子を利用する。
| 種類 | エネルギー | U-235 核分裂断面積 |
|---|
| 高速中性子 | 〜MeV | 小さい |
| 熱中性子 | 〜0.025 eV | 大きい（約580 barn） |
中性子吸収断面積
ちゅうせいしきゅうしゅうだんめんせき
中性子物理
ある原子核が中性子を吸収しやすい度合いを面積（単位：barn = 10⁻²⁴ cm²）で表したもの。
値が大きいほど中性子を吸収しやすい。D₂O の値は H₂O に比べて約500分の1以下であり、これが重水炉の中性子経済上の優位性の根拠。
| 物質 | 熱中性子吸収断面積（barn） |
|---|
| 重水（D₂O） | 〜0.001 |
| 軽水（H₂O） | 〜0.66 |
| 黒鉛（C） | 〜0.004 |
ボイド係数（空隙係数）
ぼいどけいすう / くうげきけいすう
炉物理安全
冷却材中にボイド（気泡）が増えたとき、炉の反応度がどう変化するかを示す係数。
負のボイド係数なら「ボイド増加 → 反応度低下 → 自己制御」が働く（軽水炉はこれ）。
重水炉では、D₂O の吸収が元々小さいためボイドによる吸収変化は軽微であり、減速能の低下（負の反応度）が支配的になりやすい。
ただし CANDU 炉のように冷却材と減速材が分離した設計では正のボイド係数が現れることがある。
中性子経済
ちゅうせいしけいざい
炉物理
核分裂で生まれた中性子が「どこに使われるか」の収支。連鎖反応の維持には、1回の核分裂で生まれる中性子のうち少なくとも1個が次の核分裂を起こす必要がある。
減速材・冷却材・構造材による寄生吸収が多いほど中性子経済は悪化する。D₂O は寄生吸収が少ないため中性子経済が良く、天然ウランでの臨界を可能にする。