今回は平成26年度 電力科目 A問題4を解説します。原子力発電について、核分裂で原子エネルギーを取り出せる物質・結合エネルギー・核反応・ウラン1gのエネルギー・連鎖反応の5つの記述から誤っているものを選ぶ問題です。
ねらいは「プルトニウムは自然界にも十分に存在している」の一節。プルトニウムはウラン238が中性子を吸収して人工的に生まれる核種で、自然界にはほぼ存在しません。原子力10で覚えた「親物質」の知識がそのまま効きます。
出題のポイント
平成26年度 電力科目 A問題4：問題文と選択肢
まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。
電験3種 電力科目 【原子力】 平成26年度 A問題4
原子力発電に関する記述として、誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
現在、核分裂によって原子エネルギーを取り出せる物質は、原子量の大きなウラン(U)、トリウム(Th)、プルトニウム(Pu)であり、ウランとプルトニウムは自然界にも十分に存在している。
原子核を陽子と中性子に分解させるには、エネルギーを外部から加える必要がある。このエネルギーを結合エネルギーと呼ぶ。
原子核に何らかの外力が加えられて、他の原子核に変換される現象を核反応と呼ぶ。
ウラン235を1g核分裂させたとき、発生するエネルギーは、石炭数トンの発熱量に相当する。
ウランに熱中性子を衝突させると、核分裂を起こすが、その際放出する高速中性子の一部が減速して熱中性子になり、この熱中性子が他の原子核に分裂を起こさせ、これを繰り返すことで、連続的な分裂が行われる。この現象を連鎖反応と呼ぶ。
ポイント解説：プルトニウムは人工の核種——自然界にはほぼない
(1)が誤り：核分裂でエネルギーを取り出せる物質としてウラン・トリウム・プルトニウムを挙げた前半は正しいが、「ウランとプルトニウムは自然界にも十分に存在している」が誤り。天然に存在するのはウラン（とトリウム）で、プルトニウムはウラン238が原子炉内で中性子を吸収して人工的に生成される核種であり、自然界にはほとんど存在しない。U238が「親物質」と呼ばれるのは、まさにPu239を生み出す親だからである。
その他は正しい：(2)原子核をばらばらの陽子と中性子に分解するのに要するエネルギーが結合エネルギー（逆に言えば、核子が結合するときに放出されるエネルギー）。(3)外力によって原子核が他の原子核に変換される現象が核反応。(4)ウラン235を1g核分裂させると約8.1×1010J＝石炭約3.2トン分の発熱量に相当する（原子力11で計算したとおり「数トン」で正しい）。(5)核分裂で放出された高速中性子が減速材で熱中性子となり、次の核分裂を連続的に起こす——連鎖反応の正しい説明。よって答えは(1)。
問題の解説
STEP1 (1)の後半に注目
プルトニウムは自然界にほぼ存在しない（U238から人工的に生成）→(1)が誤り。
STEP2 エネルギーの用語
(2)結合エネルギー、(3)核反応——定義どおりで正しい。
STEP3 数値と現象
(4)U235 1g≒石炭数トン（約3.2t）、(5)連鎖反応の説明——正しい。
答え：(1)
💡 覚え方
天然に存在する核燃料関連核種：**ウラン（U235 0.7%＋U238）・トリウム（Th232）**。**プルトニウム（Pu239）は人工核種**——U238が中性子を吸収して生成（だからU238は親物質）。結合エネルギー＝原子核を核子に分解するのに要するエネルギー。U235 1g（質量欠損0.09%）＝8.1×10¹⁰J≒**石炭3.2t**——この数字は計算問題（R01問4・R06上問4）でも正誤問題でも使い回せる。
⚠️ よくある間違い
「プルトニウムが自然界に存在」とあれば誤り——人工核種。ウラン・トリウムは天然に存在する（こちらを誤りにしない）。結合エネルギーの定義（分解に要する＝結合時に放出）の向きに注意。U235 1g＝石炭「数トン」は正しいオーダー。
まとめ
| (1)存在 | Puは自然界にほぼない（人工核種）→誤り |
| (2)結合エネルギー | 核を分解するのに要するエネルギー→正しい |
| (3)核反応 | 他の原子核に変換される現象→正しい |
| (4)U235 1g | 石炭数トン（約3.2t）に相当→正しい |
| (5)連鎖反応 | 高速中性子→減速→熱中性子→次の分裂→正しい。答えは(1) |
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