今回は令和2年度 電力科目 A問題4を解説します。原子燃料について、核分裂を起こして連鎖反応を持続できる物質・中性子を吸収してその物質になる物質・天然ウラン中のウラン235の割合・原子炉の核燃料の名称を埋める空欄補充問題です。
原子力5（令和5年度下期）で正誤形式だった知識が、そのまま空欄形式で問われています。核分裂できる＝核分裂性物質（U235・Pu239）、化ける前の親＝親物質（U238）、天然ウランのU235は0.7%、軽水炉用は3〜5%の低濃縮ウラン——用語4点セットです。
令和2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「令和2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】 令和2年度 A問題4
次の文章は、原子燃料に関する記述である。核分裂は様々な原子核で起こるが、ウラン235などのように核分裂を起こし、連鎖反応を持続できる物質を(ア)といい、ウラン238のように中性子を吸収して(ア)になる物質を(イ)という。天然ウラン中に含まれるウラン235は約(ウ)%で、残りは核分裂を起こしにくいウラン238である。ここで、ウラン235の濃度が天然ウランの濃度を超えるものは、濃縮ウランと呼ばれており、濃縮度3%から5%程度の(エ)は原子炉の核燃料として使用される。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) 核分裂性物質 親物質 1.5 低濃縮ウラン (2) 核分裂性物質 親物質 0.7 低濃縮ウラン (3) 核分裂生成物 親物質 0.7 高濃縮ウラン (4) 核分裂生成物 中間物質 0.7 低濃縮ウラン (5) 放射性物質 中間物質 1.5 高濃縮ウラン
(ア)(イ) 核分裂性物質と親物質
本問の要は、この2つの用語の区別です。
| 用語 | 意味 | 代表例 |
| ★核分裂性物質 | ★核分裂を起こし、連鎖反応を持続できる | ★ウラン235、プルトニウム239 |
| ★親物質 | ★中性子を吸収して核分裂性物質に変わる | ★ウラン238、トリウム232 |
「親」という言葉のとおり、核分裂性物質を生み出す元——それ自体は燃えません。
ウラン238が中性子を吸うと、ウラン239になります——それが崩壊してプルトニウム239へ変わるのです。
プルトニウム239は核分裂性物質——燃料として使えます。
だから原子炉の中では、燃えないはずのウラン238から燃料が生まれている——それが親物質と呼ばれる理由です。
(ウ) 天然ウランの組成
| 同位体 | 天然での割合 | 核分裂 |
| ★ウラン235 | ★約0.7 ％ | ★する（核分裂性物質） |
| ★ウラン238 | ★約99.3 ％ | ★しにくい（親物質） |
| ウラン234 | ごくわずか | — |
0.7 ％ という数字は、原子力の問題で何度も出てきます——覚えておくべき値です。
選択肢の「1.5」は誤り——天然ウランの235は1 ％ にも満たないのです。
(エ) 濃縮度による区分
| 区分 | ウラン235の濃度 | 用途 |
| 天然ウラン | 0.7 ％ | 重水炉・黒鉛炉なら使える |
| ★低濃縮ウラン | ★20 ％ 未満（軽水炉は3〜5 ％） | ★発電用の軽水炉 |
| ★高濃縮ウラン | ★20 ％ 以上 | ★研究炉や艦船用など |
軽水炉の燃料は3〜5 ％ ですから、低濃縮ウラン——問題文の「濃縮度3 ％ から5 ％ 程度」がそれです。
「高濃縮ウラン」とする選択肢は誤り——20 ％ 未満なら低濃縮だからです。
なぜ軽水炉は濃縮が必要なのでしょうか——軽水は中性子を吸収してしまうからです。
重水や黒鉛は中性子をあまり吸わないので、天然ウランでも連鎖反応が続きます——そのかわり重水は高価で、黒鉛は炉が大きくなることになります。
⚠️ よくある間違い
(ア)を「核分裂生成物」としてしまう——選択肢(3)(4)がそれです。
核分裂生成物は、核分裂の「あとにできる」物質——セシウムやヨウ素などの破片です。燃料ではありません。
(イ)を「中間物質」としてしまう——選択肢(4)(5)。正式な用語は「親物質」です。
(ウ)を「1.5」としてしまう——選択肢(1)(5)。0.7 ％ が正しい値です。
(エ)を「高濃縮ウラン」としてしまう——3〜5 ％ は明らかに低濃縮。問題文に濃縮度が書かれているので判定できます。
⏱️ 本番での進め方
①(ア)★核分裂性物質＝ウラン235・プルトニウム239。
②(イ)★親物質＝ウラン238・トリウム232。中性子を吸って変わる。
③(ウ)★天然ウラン中のウラン235は0.7 ％。
④(エ)★20 ％ 未満が低濃縮。軽水炉は3〜5 ％。
💡 覚え方
「燃えるのが核分裂性物質、燃料を生むのが親物質」——親から子が生まれるというイメージです。そして0.7 ％ と3〜5 ％——2つの数字を押さえましょう。
ウラン235と238の性質は平成21年度 A問題4（原子力：原子力発電の原理）、プルトニウムの利用は平成28年度 A問題4（原子力：核燃料サイクル）にあります。
核分裂生成物との違い
紛らわしい3つの用語を、時間の順に並べましょう。
| 用語 | 核分裂との関係 | 例 |
| ★親物質 | ★核分裂性物質に「なる前」の物質 | ★ウラン238、トリウム232 |
| ★核分裂性物質 | ★核分裂を「起こす」物質＝燃料 | ★ウラン235、プルトニウム239 |
| ★核分裂生成物 | ★核分裂の「あとにできる」破片 | ★セシウム137、ヨウ素131 |
親物質 → 核分裂性物質 → 核分裂生成物——時間の順に並びます。
核分裂生成物は使用済燃料の中に溜まる放射性物質——燃料ではなく廃棄物側です。
本問の選択肢(3)(4)は「核分裂生成物」としています——燃料と廃棄物を取り違えていることになります。
なぜ濃縮が必要なのか
| 炉型 | 減速材 | 中性子の吸収 | 燃料 |
| ★軽水炉 | ★軽水（ふつうの水） | ★やや吸う | ★濃縮ウラン（3〜5 ％） |
| 重水炉 | 重水 | ★ほとんど吸わない | ★天然ウランでよい |
| 黒鉛炉 | 黒鉛 | ほとんど吸わない | 天然ウランでよい |
軽水は減速材として優秀ですが、中性子を吸収してしまいます——その分を補うために燃料を濃縮するのです。
重水や黒鉛なら天然ウランでも連鎖反応が続きます——そのかわり重水は高価、黒鉛は炉が大きくなることになります。
この1問で押さえること
核分裂性物質（ウラン235・プルトニウム239）と親物質（ウラン238）——「燃えるもの」と「燃料を生むもの」の区別です。
核分裂生成物は核分裂の「あと」にできる破片——燃料ではなく廃棄物側になります。
天然ウラン中のウラン235は0.7 ％——軽水炉の燃料は3〜5 ％ に濃縮した低濃縮ウランです。
覚えるべき数字
| 項目 | 値 | 出てくる場面 |
| ★天然ウラン中の235 | ★0.7 ％ | ★ほぼ毎回 |
| ★軽水炉の濃縮度 | ★3〜5 ％ | ★核燃料サイクルの問題 |
| ★低濃縮の上限 | ★20 ％ | ★区分を問う問題 |
| 軽水炉の転換比 | 0.6 | 高速増殖炉との対比 |
この4つの数字を押さえておけば、原子燃料の問題はかなり守れます。
いずれも繰り返し問われる値——選択肢に紛らわしい数字が混ぜられることが多いのです。
プルトニウムはどこから来るのか
親物質という言葉の意味を、もう一度確かめておきましょう。
| 段階 | 起きること |
| ① | ★ウラン238が中性子を1個吸収する |
| ② | ★ウラン239になる（不安定） |
| ③ | ★β崩壊してネプツニウム239へ |
| ④ | ★もう一度β崩壊してプルトニウム239へ |
β崩壊では中性子が陽子に変わります——質量数は変わらず、原子番号だけが1つ増えるのです。
92（ウラン）→93（ネプツニウム）→94（プルトニウム）——2段階で別の元素になります。
できたプルトニウム239は核分裂性物質——燃料として使えることになります。
だからウラン238は「燃えない」のではなく「燃料になる」——それが親物質と呼ばれる理由です。
まとめ
| (ア) | 連鎖反応を持続できる＝核分裂性物質 |
| (イ) | 中性子を吸収して(ア)になる＝親物質 |
| (ウ) | 天然ウランのU235は約0.7% |
| (エ) | 濃縮度3〜5%＝低濃縮ウラン |
| 答え | (2) |
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