今回は平成27年度 電力科目 A問題4を解説します。軽水炉（加圧水型・沸騰水型）の設備概要について、軽水の役割・沸騰を防ぐ機器・二次系の蒸気を作る機器・沸騰水型特有の機器を埋める空欄補充問題です。
決め手は特有設備の対応表。PWR＝加圧器・蒸気発生器・一次冷却材ポンプ、BWR＝再循環ポンプ。「沸騰を防ぐ」のが加圧器、「熱交換して二次系の蒸気を作る」のが蒸気発生器です。
平成27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。
出典：一般財団法人 電気技術者試験センター「平成27年度 第三種電気主任技術者試験」電力科目 A問題4
電験3種 電力科目 【原子力】 平成27年度 A問題4
次の文章は、原子力発電の設備概要に関する記述である。原子力発電で多く採用されている原子炉の型式は軽水炉であり、主に加圧水型と沸騰水型に分けられるが、いずれも冷却材と(ア)に軽水を使用している。
加圧水型は、原子炉内で加熱された冷却材の沸騰を(イ)により防ぐとともに、一次冷却材ポンプで原子炉、(ウ)に冷却材を循環させる。(ウ)で熱交換を行い、タービンに送る二次系の蒸気を発生させる。
沸騰水型は、原子炉内で冷却材を加熱し、発生した蒸気を直接タービンに送るため、系統が単純になる。
それぞれに特有な設備には、加圧水型では(イ)、(ウ)、一次冷却材ポンプがあり、沸騰水型では(エ)がある。上記の記述中の空白箇所(ア)〜(エ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
(ア) (イ) (ウ) (エ) (1) 減速材 加圧器 蒸気発生器 再循環ポンプ (2) 減速材 蒸気発生器 加圧器 再循環ポンプ (3) 減速材 加圧器 蒸気発生器 給水ポンプ (4) 遮へい材 蒸気発生器 加圧器 再循環ポンプ (5) 遮へい材 蒸気発生器 加圧器 給水ポンプ
(ア) 軽水は冷却材であり減速材でもある
軽水炉という名前は、ふつうの水（軽水）を使うことから来ています——その水が2つの役目を兼ねています。
| 役目 | 働き | なぜ必要か |
| ★冷却材 | ★核分裂で生じた熱を運び出す | ★炉心が溶けるのを防ぐ |
| ★減速材 | ★高速の中性子を遅くする | ★遅い中性子のほうが核分裂を起こしやすい |
核分裂で飛び出す中性子は非常に速い——そのままではウラン235に吸収されにくいのです。
水素原子にぶつかると、中性子は大きく減速します——質量がほぼ同じなので、効率よくエネルギーを渡せるからです。
だから水は優れた減速材——ビリヤードで同じ重さの球に当てると勢いが移るのと同じ理屈です。
「遮へい材」とする選択肢もありますが、遮へいはコンクリートや鉛の役目——放射線を遮る材料です。
(イ)(ウ) 加圧水型に特有の設備
「沸騰させない」ために必要な設備が加わります。
| 設備 | 役割 |
| ★加圧器 | ★一次冷却材を約15.4 MPa に保ち、沸騰を防ぐ |
| ★蒸気発生器 | ★一次系の熱を二次系に渡して蒸気を作る |
| 一次冷却材ポンプ | 一次系の水を循環させる |
加圧器は、圧力を高く保つための容器——中で一部を沸騰させて、その蒸気の圧力で全体を押さえます。
15.4 MPa では、水の沸点は約345 ℃——炉心を出る水は約325 ℃ ですから沸騰しません。
蒸気発生器は熱交換器——一次系の水と二次系の水は、管の壁を挟んで接触しません。
だからタービン側に放射性物質が来ない——これが加圧水型の大きな利点になります。
(エ) 沸騰水型に特有の再循環ポンプ
沸騰水型は炉内で直接蒸気を作ります——系統が単純になるかわりに、別の工夫が要ります。
| 沸騰水型 | |
| ★再循環ポンプ | ★炉心を通る水の流量を変えて出力を調整する |
| ★気水分離器・蒸気乾燥器 | ★炉の上部で水滴を取り除く |
| ★制御棒 | ★下から挿入する（上は蒸気で埋まっている） |
「給水ポンプ」とする選択肢もありますが、給水ポンプは両方式にあるもの——「特有」とは言えません。
再循環ポンプは沸騰水型だけの設備——加圧水型では出力調整をほう素濃度で行うので不要です。
制御棒が下から入るのも沸騰水型の特徴——炉の上部は蒸気で満たされているからです。
⚠️ よくある間違い
(ア)を「遮へい材」としてしまう——選択肢(4)(5)がそれです。
遮へい材は放射線を止める材料——コンクリートや鉛が使われます。水も遮へいの役目は果たしますが、問題文が「冷却材と(ア)」と並べているので減速材です。
(イ)と(ウ)を逆にしてしまう——選択肢(2)(4)(5)。問題文が「(ウ)で熱交換を行い、二次系の蒸気を発生させる」と書いているので(ウ)が蒸気発生器です。
(エ)を「給水ポンプ」としてしまう——選択肢(3)(5)。両方式にあるので「特有」ではありません。
(ア)と(ウ)の2欄で確定できます。
⏱️ 本番での進め方
①(ア)★軽水は冷却材かつ減速材。遮へい材ではない。
②(イ)(ウ)★加圧器で沸騰を防ぎ、蒸気発生器で熱交換。
③(エ)★沸騰水型に特有なのは再循環ポンプ。
④給水ポンプは両方式にあるので「特有」ではない。
💡 覚え方
「加圧水型は2系統、沸騰水型は1系統」——その違いから設備の違いが生まれます。2系統にするために加圧器と蒸気発生器が要る——1系統なら不要です。
出力調整の違いは平成20年度 A問題4（原子力：PWRとBWRの出力調整）にあります。
空欄の絞り込み手順
4つの空欄がありますが、2つで確定します。
| 確定させる欄 | 正しい語 | 残る選択肢 |
| (ア) | 減速材 | ★(1)(2)(3) |
| (ウ) | 蒸気発生器 | ★(1)(3) |
| (エ) | 再循環ポンプ | ★(1)に確定 |
(ア)は「冷却材と(ア)に軽水を使用」——軽水炉の軽水は冷却材と減速材を兼ねます。これで2つ落ちます。
(ウ)は「熱交換を行い、二次系の蒸気を発生させる」——蒸気発生器 です。
最後に(エ)——沸騰水型に特有なのは再循環ポンプ。給水ポンプは両方式にあります。
加圧水型の一次系と二次系
| 系統 | 流れるもの | 放射性物質 | 圧力 |
| ★一次系 | ★炉心を通る水（約325 ℃） | ★含む | ★15.4 MPa |
| ★二次系 | ★蒸気発生器で作られた蒸気 | ★含まない | ★6 MPa 程度 |
2つの系統は蒸気発生器の管の壁で仕切られています——熱だけが移り、水は混ざりません。
だからタービンや復水器に放射性物質が来ない——保守がしやすいという利点になります。
そのかわり設備が増え、熱を2度受け渡すぶん効率がやや落ちます——一長一短だと言えるでしょう。
加圧水型と沸騰水型を並べて見る
| 項目 | ★加圧水型（PWR） | ★沸騰水型（BWR） |
| ★炉内の沸騰 | ★させない（加圧する） | ★させる |
| ★系統 | ★一次系と二次系の2つ | ★1つ（直接タービンへ） |
| ★特有の設備 | ★加圧器・蒸気発生器・一次冷却材ポンプ | ★再循環ポンプ |
| ★出力調整 | ★ほう素濃度 | ★再循環流量 |
| タービン側の放射能 | ★ない | ★ある |
| 制御棒の挿入方向 | 上から | ★下から |
「沸騰させるかどうか」から、すべての違いが生まれています。
沸騰させないなら加圧器が要り、熱を渡すのに蒸気発生器が要る——だから2系統になるのです。
沸騰させるなら、そのままタービンへ送れる——系統は単純ですが、蒸気に放射性物質が混じります。
制御棒の挿入方向が違う理由
沸騰水型は炉の上部が蒸気で満たされています——上から棒を入れる空間がありません。
だから下から押し上げる方式——水圧で駆動します。
加圧水型は炉内が水で満たされているので、上から落とせます——電源が失われれば重力で落ちるという安全上の利点もあります。
我が国での採用状況
加圧水型と沸騰水型は、電力会社によって分かれています。
| 方式 | 主な採用 | 備考 |
| ★加圧水型（PWR） | ★西日本の電力会社 | ★60 Hz 地域が中心 |
| ★沸騰水型（BWR） | ★東日本の電力会社 | ★50 Hz 地域が中心 |
導入時に技術提携した相手が違ったため——その流れが今も続いています。
試験では両方の特徴が問われます——どちらか一方だけ覚えても足りません。
「特有の設備」を問う形が定番——加圧器・蒸気発生器は加圧水型、再循環ポンプは沸騰水型とセットで押さえましょう。
この1問で押さえること
軽水炉の軽水は冷却材と減速材を兼ねます——遮へい材ではありません。
加圧水型に特有なのは加圧器・蒸気発生器・一次冷却材ポンプ——沸騰させないために2系統にしているからです。
沸騰水型に特有なのは再循環ポンプ——給水ポンプは両方式にあるので「特有」ではありません。
まとめ
| (ア) | 軽水は冷却材と減速材を兼ねる |
| (イ) | 沸騰を防ぐ＝加圧器（PWR特有） |
| (ウ) | 熱交換して二次系の蒸気＝蒸気発生器（PWR特有） |
| (エ) | BWR特有＝再循環ポンプ |
| 答え | (1) |
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