原子力発電の×と〇を解き明かす【シン・Dr.フドー研究所】Vol.13

電験三種の論説問題にズームイン

2025.12.05

Vol.13
原子力発電③

　電験の学習が、どのように現場実務に結びつくかを研究する「Dr.フドー研究所」。設立から4年、電験三種の問題を徹底的に分析し、現場実務と照合した結果、論説の「正誤問題」と「空白問題」に攻略の糸口をみつけることができた。電験三種を制し、主任技術者を志す受験者に狂喜乱舞のテーマを究明する。それが「シン・Dr.フドー研究所」だ。
　正誤問題の「×の理由」とは？　そして、空白問題に潜む「〇の理由」とは？
　正解の理由に迫ることで知識を確実にストックし、現場実務とのリンクを盤石にすることができる。さあ、いますぐ研究所のドアをノックしようじゃないか！

原子炉（7）

問題　次の文章は、原子力発電の原理に関する記述である。記述中の空白箇所（ア）（イ）（ウ）（エ）にあてはまる語句として、正しいものを組み合わせたのは次のうちどれか。

（1）（ア）ほう素濃度　　（イ）再循環流量（ウ）挿入　　（エ）引抜き
（2）（ア）再循環流量　　（イ）ほう素濃度（ウ）引抜き（エ）挿入
（3）（ア）ほう素濃度　　（イ）再循環流量（ウ）引抜き（エ）挿入
（4）（ア）ナトリウム濃度（イ）再循環流量（ウ）挿入　（エ）引抜き
（5）（ア）再循環流量　　（イ）ほう素濃度（ウ）挿入　　（エ）引抜き

　わが国の商業発電用原子炉のほとんどは、軽水炉と呼ばれる型式であり、それには加圧水型原子炉（PWR）と沸騰水型原子炉（BWR）の2種類がある。
　PWRの熱出力調整は主として炉水中のの調整によって行われる。一方、BWRでは主としての調整によって行われる。なお、両型式とも起動または停止時のような大幅な出力調整は制御棒の調整で行い、制御棒のによって出力は上昇し、によって出力は下降する。
2008（平成20）年度「電力」問4

○の理由
（ア）加圧水型（PWR）の熱出力調整は主として軽水中のほう素濃度の調整によって行われる。
（イ）沸騰水型（BWR）では再循環流量の調整によって熱出力調整が行われる。
（ウ）（エ）起動または停止時のような大幅な出力調整は制御棒の調整で行い、制御棒の引抜きで出力は上昇し、挿入で出力は下降する。
　上記より、正しい組み合わせは（3）と判断できる。
答（3）

原子炉（8）

問題　次の文章は、原子炉の型と特性に関する記述である。記述中の空白箇所（ア）～（オ）にあてはまる語句の組み合わせとして、正しいものを次の（1）～（5）のうちから一つ選べ。

（1）（ア）低濃縮ウラン（イ）減速材（ウ）沸騰水型（エ）加圧水型（オ）ドップラー効果
（2）（ア）高濃縮ウラン（イ）減速材（ウ）沸騰水型（エ）加圧水型（オ）ボイド効果
（3）（ア）プルトニウム（イ）加速材（ウ）加圧水型（エ）沸騰水型（オ）ボイド効果
（4）（ア）低濃縮ウラン（イ）減速材（ウ）加圧水型（エ）沸騰水型（オ）ボイド効果
（5）（ア）高濃縮ウラン（イ）加速材（ウ）沸騰水型（エ）加圧水型（オ）ドップラー効果

　軽水炉はを原子燃料とし、冷却材とに軽水を用いた原子炉であり、わが国の商用原子力発電所に広く用いられている。この軽水炉には蒸気を原子炉のなかで直接発生する原子炉と蒸気発生器を介して蒸気をつくる原子炉とがある。
　軽水炉では何らかの原因により原子炉の核分裂反応による熱出力が増加して、炉内温度が上昇した場合でも、燃料の温度上昇にともなってウラン238による中性子の吸収が増加するにより、出力が抑制される。このような働きを原子炉の固有の安全性という。
2022（令和4）年度下期「電力」問4

○の理由
（ア）軽水炉の原子燃料は濃縮度3～5％程度の低濃縮ウランである。
（イ）軽水炉では冷却材、減速材、反射材に軽水を用いている。
（ウ）原子炉のなかで蒸気を直接発生するのは沸騰水型（BWR）である。
（エ）蒸気発生器を介して蒸気をつくるのは加圧水型（PWR）である。
（オ）原子炉の区有の安全性のうち、燃料の温度上昇にともなってウラン238による中性子の吸収が増加するのはドップラー効果であり、出力を抑制することができる（図1）。
　上記より、正しい組み合わせは（1）と判断できる。
答（1）

原子炉（9）

（1）（ア）低濃縮ウラン（イ）減速材（ウ）沸騰水型（エ）加圧水型（オ）ボイド効果
（2）（ア）高濃縮ウラン（イ）減速材（ウ）沸騰水型（エ）加圧水型（オ）ノイマン効果
（3）（ア）プルトニウム（イ）加速材（ウ）加圧水型（エ）沸騰水型（オ）キュリー効果
（4）（ア）低濃縮ウラン（イ）減速材（ウ）加圧水型（エ）沸騰水型（オ）キュリー効果
（5）（ア）高濃縮ウラン（イ）加速材（ウ）沸騰水型（エ）加圧水型（オ）ボイド効果

　軽水炉はを原子燃料とし、冷却材とに軽水を用いた原子炉であり、わが国の商用原子力発電所に広く用いられている。この軽水炉には蒸気を原子炉のなかで直接発生する原子炉と蒸気発生器を介して蒸気をつくる原子炉とがある。
　沸騰水型原子炉では何らかの原因により原子炉の核分裂反応による熱出力が増加して、炉内温度が上昇した場合でも、それに伴う冷却材沸騰の影響でウラン235に吸収される熱中性子が自然に減り、原子炉の暴走が抑制される。これはと呼ばれ、原子炉固有の安定性をもたらす現象の一つとして知られている。
2007（平成19）年度「電力」問4

○の理由
（ア）（イ）軽水炉では低濃縮ウランを原子燃料、冷却材と減速材に軽水を用いる。
（ウ）（エ）軽水炉には蒸気を原子炉のなかで直接発生する沸騰水型（BWR）と、蒸気発生器を介して蒸気をつくるのは加圧水型（PWR）がある。
（オ）ボイド効果は原子炉の固有の安定性をもたらす現象の一つとして知られている。
　上記より、正しい組み合わせは（1）と判断できる。
答（1）

原子炉（10）

問題　次の文章は、軽水炉の安全性に関する記述である。記述中の空白箇所（ア）～（エ）にあてはまる語句の組み合わせとして、正しいものを次の（1）～（5）のうちから一つ選べ。

（1）（ア）冷却材　　（イ）減少（ウ）熱中性子　　（エ）抑制
（2）（ア）遮へい材　（イ）減少（ウ）熱中性子　　（エ）加速
（3）（ア）遮へい材　（イ）減少（ウ）高速中性子　（エ）抑制
（4）（ア）冷却材　　（イ）増加（ウ）熱中性子　　（エ）抑制
（5）（ア）遮へい材　（イ）増加（ウ）高速中性子　（エ）加速

　わが国の原子力発電所で用いられる軽水炉では、水がと減速材を兼ねている。もし、何らかの原因で核分裂反応が増大し、出力が増加して水の温度が上昇すると、水の密度がし、中性子の減速効果が低下する。その結果、核分裂に寄与するが減少し、核分裂は自動的にされる。このような特性を軽水炉の固有の安全性または自己制御性という。
2002（平成14）年度「電力」問3

○の理由
（ア）軽水炉では軽水（水）が冷却材と減速材を兼ねている。
（イ）（ウ）（エ）軽水炉では「核分裂反応が増大→水の温度が上昇→水の密度が減少→中性子の減速効果が低下→熱中性子が減少→核分裂が自動的に抑制」が自動的に行われる。これを原子炉の自己制御性という。
　上記より、正しい組み合わせは（1）と判断できる。
答（1）

核燃料サイクル

問題　次の文章は、原子力発電における核燃料サイクルに関する記述である。記述中の空白箇所（ア）～（エ）にあてはまる語句の組み合わせとして、正しいものを次の（1）～（5）のうちから一つ選べ。

（1）（ア）3～5 　　（イ）再処理（ウ）MOX燃料　　　（エ）高速増殖炉
（2）（ア）3～5 　　（イ）再処理（ウ）イエローケーキ（エ）高速増殖炉
（3）（ア）3～5 　　（イ）再加工（ウ）イエローケーキ（エ）新型転換炉
（4）（ア）10～20 （イ）再処理　（ウ）イエローケーキ（エ）高速増殖炉
（5）（ア）10～20 （イ）再加工　（ウ）MOX燃料　　　（エ）新型転換炉

　天然ウランには主に質量数235と238の同位体があるが、原子力発電所の燃料として有用な核分裂性物質のウラン235の割合は全体の0.7％程度にすぎない。
　そこで、採鉱されたウラン鉱石は精錬、転換されたのち、遠心分離法などによって、ウラン235の濃度が軽水炉での利用に適した値になるように濃縮される。その濃度は％程度である。さらに、その後、再転換、加工され、原子力発電所の燃料となる。
　原子力発電所から取り出された使用済み燃料からはによってウラン、プルトニウムが分離抽出され、これらは再び燃料として使用することができる。
　プルトニウムはウラン238から派生する核分裂性物質であり、ウランとプルトニウムとを混合したを軽水炉の燃料として用いることをプルサーマルという。
　また、軽水炉の転換比は0.6程度であるが、高速中性子によるウラン238のプルトニウムへの変換を利用したでは、消費される核分裂性物質よりも多くの量の新たな核分裂性物質を得ることができる。
2016（平成28）年度「電力」問4

○の理由
（ア）軽水炉でのウラン235の濃度は3～5％程度で、低濃縮ウランである。
（イ）使用済み燃料を再処理することによってウラン、プルトニウムが回収される。
（ウ）ウランとプルトニウムとを混合したMOX燃料を軽水炉の燃料として用いることをプルサーマルという。
（エ）高速増殖炉では消費される核分裂性物質よりも多くの量の新たな核分裂性物質を得ることができる。
　上記より、正しい組み合わせは（1）と判断できる。
答（1）

原子力発電所の蒸気タービン

問題　次の文章は、電子力発電の蒸気タービンの特徴に関する記述である。記述中の空白箇所（ア）～（オ）にあてはまる語句の組み合わせとして、正しいものを次の（1）～（5）のうちから一つ選べ。

（1）（ア）空気（イ）過熱蒸気（ウ）高く（エ）多い　　（オ）1500min^-1または1800min^-1
（2）（ア）湿分（イ）飽和蒸気（ウ）低く（エ）多い　　（オ）1500min^-1または1800min^-1
（3）（ア）空気（イ）飽和蒸気（ウ）低く（エ）多い　　（オ）750min^-1または900min^-1
（4）（ア）湿分（イ）飽和蒸気（ウ）高く（エ）少ない（オ）750min^-1または900min^-1
（5）（ア）空気（イ）過熱蒸気（ウ）高く（エ）少ない（オ）750min^-1または900min^-1

　原子力発電所の蒸気タービンは高圧タービンと低圧タービンから構成され、くし形に配置されている。
　原子力発電所においては、原子炉または蒸気発生器によって発生した蒸気が高圧タービンに送られ、高圧タービンにて所定の仕事を行った排気は分離器に送られて排気に含まれるを除去したあとに低圧タービンに送られる。
　高圧タービンの入り口蒸気はであるため、火力発電所の高圧タービンの入り口蒸気に比べて、圧力、温度ともに、そのため原子力発電所の熱効率は火力発電所と比べてなる。
　また、原子力発電所の高圧タービンに送られる蒸気量は同じ出力に対する火力発電所と比べて。
　低圧タービンの最終段翼は35～54インチ（約89～137cm）の長大な翼を使用し、による翼の浸食を防ぐため翼先端周速度を減らさなければならないので、タービンの回転速度はとしている。
2018（平成30）年度「電力」問4

○の理由
（ア）高圧タービンで仕事を行った排気は湿分分離器に送られ、排気中の湿分を除去して乾き蒸気に近い状態にして低圧タービンに送られる。蒸気の流れは「原子炉→蒸気配管→高圧タービン→湿分分離器→低圧タービン→復水器」の順である。
（イ）（ウ）原子力発電所の高圧タービンの入り口蒸気は飽和蒸気で、火力発電所の高圧タービンの入り口蒸気に比べて、圧力、温度ともに低く、熱効率も低くなる。
（エ）原子力発電所の高圧タービンの蒸気量は同じ出力に対する火力発電所と比べて約2倍と多い。
（オ）原子力発電所のタービンの回転速度は50Hz系統で1500min^-1、60Hz系統で1800min^-1で、同期発電機の極数は4極である。
　上記より、正しい組み合わせは（2）と判断できる。
答（2）