炉内の設計に対して必要となる基礎知識はこんなかんじ。
■発電と発熱ついて
ここが詳しいので参照のこと。
http://www18.atwiki.jp/128_571/pages/35.html
簡単に言えば、燃料棒は密接させるほど得られる電力量が上がり、発熱も増える。
燃料棒に冷却要素をふたつ以上隣接させることにより、燃料棒自身の発熱量を低減することが出来る。
■炉内の熱移動の基礎
○熱の移動１：燃料棒→炉表面
燃料棒は炉内にあるので、熱はまず炉内で発生する。このまま放っておくと、燃料棒の温度がそのまま炉表面に伝わる事になる。
○熱の移動２：燃料棒→(炉被覆/冷却体)→放熱体→炉表面
炉内には冷却要素を配置する事が出来る。冷却要素には以下のものがあり、それぞれ異なる効果を持っている。| 冷却体 | 燃料棒の熱を吸い取り、1度/RTの自己冷却を行う。 |
| 放熱体 | 周囲と自分自身の熱を平均化しようとする。 隣接する要素とは6度/RTまで、炉表面に対しては25度/RTまで熱を移動できる。 |
| 炉被覆 | 熱伝導体として働く。二つとなりまで熱を伝え、伝えられない場合は自身に熱を蓄え、0.1度/RTの自己冷却を行う。 |
燃料棒に冷却体を隣接させると、熱の移動を行うことが出来る。
この際に冷却要素のもつ温度が10,000度を超えた場合、その要素は融解して原子炉内から消滅する。
このときの燃料棒に対する発熱低減については冒頭のリンクを参照のこと。
○熱の移動３：炉表面→放熱体→(炉被覆/冷却体)
また、放熱体が炉表面と温度をやり取りできるので、こういう熱移動も成り立つ。この事は、一度燃料棒から炉の表面に排出されてしまった熱を回収処理できる事を意味する。■内部冷却の基本
自己冷却を行う冷却体、外部冷却をする炉表面に対して、どれだけの熱を移動させるかが熱設計の基本となる。このとき、発生した熱を完全に放熱できる炉がMark Iの炉。1サイクル(または複数サイクル)を終えて、ある程度、内部冷却体や炉表面に蓄熱したままになるようならばMark IIの炉といわれる。
MarkIII以降に分類される炉を設計するつもりはないので、それより後ろは考えない事にした。
