原子力発電
原子力発電は、原子核分裂で生じる熱エネルギーを蒸気に変換し、タービンと発電機で電力に変える方式である。ウラン235などの核分裂性物質が中性子を吸収して分裂し、熱とともに新たな中性子を放出する連鎖反応を、人為的に制御して熱源として利用する。高いエネルギー密度、長期連続運転、低い運転時二酸化炭素排出が特長で、系統全体のベースロードを担いやすい。
基本原理と炉心構成
原子力発電の炉心は、燃料集合体、減速材、冷却材、制御棒、圧力容器などで構成される。燃料棒に封入された二酸化ウラン（UO2）が分裂して発熱し、冷却材（水や重水、時にガス）が熱を取り出す。減速材は中性子を減速して分裂確率を高め、制御棒（ホウ素やカドミウムなどの吸収材）は挿入量で反応度を調整する。
連鎖反応の制御
有効中性子増倍率kを1付近に保つのが運転の要点である。出力追従時は制御棒や可溶性ホウ素、温度・ボイド効果などの負の反応度係数を活用し、過渡変化を抑制する。
炉型の種類
軽水炉が主流で、沸騰水型（BWR）は炉心で直接蒸気をつくりタービンへ送る。加圧水型（PWR）は一次系で加圧水を循環し、蒸気発生器で二次系に熱移送する。重水炉（CANDU）は重水を減速材・冷却材に用い、天然ウランの利用が可能である。近年は受動的安全系を備えた改良型や小型モジュール炉（SMR）の検討が進む。
二重系統と格納の思想
一次系・二次系の熱的分離、原子炉容器・配管の健全性維持、原子炉格納容器による放射性物質の閉じ込めが基本である。断層的な多重防護（ディフェンス・イン・デプス）により外乱・故障に対処する。
熱サイクルと発電効率
原子力発電はランキンサイクルを採用し、蒸気条件は化石火力ほど高温高圧ではないため熱効率はおおむね30%台である。復水器の真空度管理、給水加熱段数の最適化、タービン段落の改良がプラント効率を左右する。
容量係数と運用
計画保守を除けば長期の連続運転に適し、容量係数の高さが経済性の鍵となる。負荷追従は設計と運転方策に依存し、系統運用上はベースロードに位置づけられることが多い。
核燃料サイクル
採鉱・転換・濃縮・燃料成形・炉内燃焼・貯蔵・再処理・廃棄までの流れを核燃料サイクルと呼ぶ。使用済燃料は崩壊熱と放射能を持つため、プール貯蔵や乾式貯蔵で冷却・遮蔽する。再処理ではウラン・プルトニウムを分離し、MOX燃料として再利用する選択肢がある。
廃棄物管理
低・中レベル廃棄物は適切な固化と埋設で管理される。高レベル放射性廃棄物はガラス固化体にし、地層処分を想定する。バリアは固化体、オーバーパック、緩衝材、地質の多重で構成する。
安全設計と防災
設計基準事象に対して、原子炉停止・冷却・閉じ込めの三機能を確保する。非常用炉心冷却系（ECCS）、非常用電源、多様冗長の計装制御が要となる。設計拡張事象に対しては水素管理、フィルタ付ベント、受動的冷却などの強化策が講じられる。
リスク評価
確率論的リスク評価（PRA）により、機器故障や人的要因、外部事象（地震・津波・洪水など）のシナリオを体系的に評価し、重要度解析から対策優先度を決定する。
環境影響と温室効果ガス
原子力発電は運転段階でのCO2排出が低い。ライフサイクルで見れば採鉱・燃料加工・建設・廃止措置を含む排出があるが、化石火力に比べ低水準とされる。温排水や取水の生態系影響、放射線影響の監視が不可欠である。
放射線防護
ALARAの原則に基づき、線源強度の低減、作業時間の短縮、距離と遮蔽の確保、監視測定と手順化で線量を管理する。運転・保守・廃止措置の各段階での被ばく管理が重要となる。
経済性とLCOE
資本費の比重が高く、建設期間・資金コスト・規制対応が経済性を左右する。運転燃料費は低めで、長期連続運転でコストが平準化される。LCOE評価では、資本費、運転維持費、燃料費、廃止費用、バックエンド費用を割引現在価値で比較する。
系統統合
大型機の出力喪失に備えた予備力の確保、周波数維持、慣性寄与、無効電力供給などの系統サービスを考慮する。レギュレーション能力や計画停止の調整は、系統運用者との計画協調で対応する。
規制・標準と国際枠組み
原子力安全は法令・規制基準、技術基準、運用基準の階層で担保される。国際原子力機関（IAEA）の安全要求・ガイド、運転経験（OE）の共有、ピアレビューが継続的改善を支える。品質保証（QA/QM）と構造材料・溶接・非破壊検査などの標準適合が前提となる。
事故経験と教訓
過去の重大事故は、設計想定の超過外乱、ヒューマンファクター、電源喪失や冷却喪失の連鎖など複合事象の脆弱性を示した。これを踏まえ、ハード・ソフト両面の対策、サイト・地域の防災連携、長期の廃止措置計画が強化されている。
将来技術
高温ガス炉は高温熱の産業利用や水素製造への展開が期待される。第4世代炉は増殖性や資源有効利用、廃棄物特性の改善、受動的安全性の追求を目標とする。SMRはモジュール化による建設リスク低減と系統柔軟性の向上を狙う設計である。