原子力発電所や原子力潜水艦、原子力空母などは「原子力で動く」と表現されます。そのため、昔の蒸気機関車が石炭を燃料にして動いていたように、原子力も石炭と同じような役割なのか疑問に思う人もいます。この記事では、原子力と石炭の違いや、原子力を利用した動力システムがどのように動いているのかを分かりやすく解説します。
原子力は石炭のような燃料に近い役割を持つ
結論から言うと、原子力は石炭と同じく「エネルギーを取り出すための元になるもの」という意味では似ています。石炭を燃やして熱を取り出すように、原子力では核分裂によって発生する熱を利用します。
蒸気機関車の場合、石炭を燃やしてボイラーの水を温め、発生した蒸気で車輪を動かします。一方、原子力発電や原子力艦船では、核分裂による熱で水を蒸気に変え、その蒸気でタービンを回して動力を得ます。
つまり、原子力そのものが直接プロペラや発電機を回しているわけではなく、石炭と同じように「熱を作るためのエネルギー源」と考えると分かりやすくなります。
石炭と原子力の大きな違いはエネルギーの取り出し方
石炭は燃焼という化学反応によってエネルギーを取り出します。石炭に含まれる炭素などが酸素と結びつくことで熱が発生します。
一方、原子力ではウランなどの原子核が分裂する「核分裂」という現象を利用します。原子核の内部に蓄えられた非常に大きなエネルギーが熱として放出されます。
この違いによって、同じ量の燃料から得られるエネルギー量は大きく異なります。少量の核燃料でも非常に多くのエネルギーを取り出せることが、原子力の特徴です。
原子力発電所が電気を作る仕組み
原子力発電所では、原子炉の中で核分裂を起こし、その熱で水を温めます。発生した蒸気がタービンを回転させ、その回転エネルギーを発電機が電気に変換します。
仕組みの流れを見ると、原子力発電は実は火力発電と似ています。火力発電では石炭や天然ガスを燃やして蒸気を作りますが、原子力発電では核分裂の熱で蒸気を作ります。
つまり、熱を作る方法が違うだけで、「熱で蒸気を作り、タービンを回す」という部分は共通しています。
原子力潜水艦や原子力空母も同じ考え方
原子力潜水艦や原子力空母も、基本的な仕組みは原子力発電所と似ています。原子炉で発生した熱を利用して蒸気を作り、その蒸気でタービンを動かします。
ただし、発電所が主に電気を作る目的なのに対して、原子力艦船では推進力を得ることが重要になります。タービンの回転を利用して発電したり、船のプロペラを動かしたりします。
原子力潜水艦が長期間潜航できる理由のひとつは、核燃料が非常に長い期間エネルギーを供給できるためです。大量の石油や石炭を積み込む必要がないという特徴があります。
原子力を燃料と呼ぶ場合と呼ばない場合がある理由
日常会話では「原子力を燃料にする」と表現されることがありますが、厳密には少し違った意味で使われています。
石炭や石油は燃焼する物質そのものを燃料と呼びます。一方、原子力の場合はウランなどの核燃料を使い、核分裂によってエネルギーを取り出します。
そのため、正確には「ウランなどの核燃料から熱エネルギーを取り出し、その熱で機械を動かしている」と表現できます。
まとめ
原子力は、蒸気機関車における石炭のように、動力を生み出すためのエネルギー源という意味では似た役割を持っています。
ただし、石炭が燃焼によって熱を作るのに対し、原子力は核分裂によって熱を作るという大きな違いがあります。
原子力発電や原子力潜水艦、原子力空母は、原子力そのものが直接動かしているのではなく、核分裂で得た熱を利用して蒸気タービンなどを動かす仕組みになっています。
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