今回は平成28年度 電力科目 A問題4を解説します。核燃料サイクルについて、濃縮度・使用済燃料の処理・混合燃料・増殖する炉を埋める空欄補充問題です。
この問題は令和7年度上期 A問題4（原子力2）として本文・選択肢・答えの番号まで完全に再出題されました。9年越しの完全リサイクルで、核燃料サイクルの流れがそれだけ不動の頻出テーマだということです。
平成28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28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28年度 A問題4
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。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製錬、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(ア)%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燃料からは、(イ)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(ウ)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(エ)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) 3〜5 再処理 MOX燃料 高速増殖炉 (2) 3〜5 再処理 イエローケーキ 高速増殖炉 (3) 3〜5 再加工 イエローケーキ 新型転換炉 (4) 10〜20 再処理 イエローケーキ 高速増殖炉 (5) 10〜20 再加工 MOX燃料 新型転換炉
核燃料サイクルの流れ
ウラン鉱石から燃料になり、使い終わった後まで——一連の流れを追いましょう。
| 工程 | やること |
| 採鉱 | ウラン鉱石を掘り出す |
| 製錬 | 不純物を除いてイエローケーキにする |
| 転換 | ★六フッ化ウラン（気体）に変える |
| ★濃縮 | ★遠心分離法などでウラン235を3〜5 ％ に高める |
| 再転換・加工 | 二酸化ウランの粉にし、ペレットに焼き固めて燃料棒へ |
| 発電 | 原子炉で燃やす |
| ★再処理 | ★使用済燃料からウランとプルトニウムを分離抽出する |
気体にしてから濃縮する——固体のままでは同位体を分けられないからです。
濃縮した後は、また固体に戻します——それが「再転換」になります。
(ウ) MOX燃料とプルサーマル
MOX は Mixed Oxide（混合酸化物）の略——ウランとプルトニウムを混ぜた燃料です。
| 用語 | 意味 |
| ★MOX燃料 | ★ウランとプルトニウムの混合酸化物燃料 |
| ★プルサーマル | ★MOX燃料を軽水炉（熱中性子炉）で使うこと |
| イエローケーキ | ★製錬した粗製ウラン。燃料ではない |
「プルサーマル」は、プルトニウムとサーマル（熱中性子）を合わせた和製語——本来は高速炉で使うプルトニウムを、軽水炉で使うという意味です。
「イエローケーキ」とする選択肢は誤り——製錬の段階で得られる黄色い粉で、まだ濃縮も加工もされていないものです。
燃料の名前ではなく、原料の名前——工程の順序を思い出せば区別できます。
(エ) 転換比と高速増殖炉
| 炉型 | 転換比 | 呼び方 |
| ★軽水炉 | ★0.6 程度 | ★転換炉（減っていく） |
| 新型転換炉 | 0.8 程度 | 転換炉 |
| ★高速増殖炉 | ★1.2 程度 | ★増殖炉（増えていく） |
転換比が1を超えると、燃やした以上の燃料が生まれます——だから「増殖」と呼ばれるのです。
なぜ高速中性子だと増殖できるのでしょうか——核分裂1回あたりに飛び出す中性子の数が多いからです。
| 中性子の速さ | 核分裂で出る中性子の数 | 結果 |
| ★熱中性子（遅い） | ★約2.4個 | ★連鎖に1個、余りが少ない |
| ★高速中性子 | ★約2.9個 | ★余りが多く、ウラン238を変換できる |
連鎖反応を続けるには1個あれば足ります——残りをウラン238に吸わせればプルトニウムができるのです。
だから減速材を使わず、高速のまま反応させる——「高速炉」と呼ばれるのは中性子が速いからで、炉の運転が速いという意味ではありません。
冷却材にはナトリウムを使います——水だと中性子が減速してしまうからです。
⚠️ よくある間違い
(ア)を「10〜20」としてしまう——選択肢(4)(5)がそれです。
軽水炉の燃料は3〜5 ％——20 ％ 以上は高濃縮で、発電には使いません。
(イ)を「再加工」としてしまう——選択肢(3)(5)。正式な用語は「再処理」です。
(ウ)を「イエローケーキ」としてしまう——選択肢(2)(3)(4)。イエローケーキは製錬の段階の原料で、ウランとプルトニウムの混合燃料ではありません。
(エ)を「新型転換炉」としてしまう——選択肢(3)(5)。「消費される以上の量を得る」なら増殖炉です。
(ア)と(ウ)の2欄で確定できます。
⏱️ 本番での進め方
①(ア)★軽水炉の濃縮度は3〜5 ％。
②(イ)★使用済燃料からの分離抽出は「再処理」。
③(ウ)★MOX燃料＝ウラン＋プルトニウム。イエローケーキは原料。
④(エ)★転換比が1を超えるのが高速増殖炉（軽水炉は0.6）。
💡 覚え方
「増える炉が増殖炉、減る炉が転換炉」——転換比が1を超えるかどうかです。そして MOX は混ぜた燃料、イエローケーキは掘った原料——工程の順序で区別しましょう。
核分裂性物質と親物質は令和2年度 A問題4（原子力：原子燃料）、濃縮の方法は平成21年度 A問題4（原子力：原子力発電の原理）にあります。
使用済燃料をどう扱うか
燃やし終わった燃料には、まだ使える物質が残っています。
| 使用済燃料の中身 | 割合の目安 | 扱い |
| ★ウラン238 | ★約93 ％ | ★回収して再利用できる |
| ★ウラン235 | ★約1 ％ | ★まだ燃える |
| ★プルトニウム | ★約1 ％ | ★新たに生まれた燃料 |
| ★核分裂生成物 | ★約5 ％ | ★高レベル放射性廃棄物 |
95 ％ は再利用できる物質——だから再処理して取り出すのです。
残る5 ％ の核分裂生成物が、本当の意味での廃棄物——ガラスに固めて地層処分することになります。
再処理をせずにそのまま処分する方式もあります——ワンススルー（直接処分）と呼ばれ、国によって方針が分かれています。
転換比が0.6 という意味
★軽水炉
★増えていく
軽水炉でも6割は新たに生まれています——ウラン238が中性子を吸ってプルトニウムに変わるからです。
だから軽水炉の出力の3割前後は、実はプルトニウムが燃えたもの——意識しないうちに増殖が起きていることになります。
この1問で押さえること
軽水炉の濃縮度は3〜5 ％、使用済燃料の処理は「再処理」——ウランとプルトニウムを分離抽出します。
MOX燃料はウランとプルトニウムの混合酸化物——それを軽水炉で使うのがプルサーマルです。
転換比が1を超えるのが高速増殖炉——軽水炉は0.6 程度にとどまります。
高速増殖炉の特徴
| 項目 | 軽水炉 | ★高速増殖炉 |
| ★中性子 | 熱中性子（減速する） | ★高速中性子（減速しない） |
| ★減速材 | 軽水 | ★なし |
| ★冷却材 | 軽水 | ★ナトリウム |
| ★転換比 | 0.6 | ★1.2 |
中性子を減速させないので、減速材がありません——水を使うと減速してしまうので冷却材もナトリウムになります。
ナトリウムは熱をよく伝え、沸点も高い——加圧しなくても高温で使えるのが利点です。
そのかわり水や空気と激しく反応する——取り扱いが難しいことになります。
再処理で何を分けるのか
使用済燃料を溶かして、3つに分けます。
| 取り出すもの | 行き先 |
| ★ウラン | ★再濃縮して再び燃料に |
| ★プルトニウム | ★ウランと混ぜて MOX燃料に |
| ★核分裂生成物 | ★ガラス固化体にして地層処分 |
硝酸に溶かしてから、溶媒抽出で分離します——ピューレックス法と呼ばれる方法です。
ウランとプルトニウムは化学的性質が違う——だから化学的に分けられるのです。
同位体を分ける濃縮とは、まったく別の技術——元素が違えば化学的に分離できることになります。
まとめ
| (ア) | 軽水炉用の濃縮度は3〜5% |
| (イ) | 使用済燃料からU・Puを分離＝再処理 |
| (ウ) | U＋Pu＝MOX燃料（プルサーマル） |
| (エ) | 消費より多く生成＝高速増殖炉 |
| 答え | (1)（R07上問4と本文・答えとも同一） |
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