原子力7【電験3種 電力】BWRは直接・PWRは蒸気発生器！固有の安全性はドップラー効果 令和4年度下期 A問題4 完全解説

今回は令和4年度下期 電力科目 A問題4を解説します。軽水炉の燃料・軽水の役割・蒸気の作り方による2つの型、そして原子炉固有の安全性をもたらす効果を埋める空欄補充問題です。

軽水炉の2つの型は「蒸気をどこで作るか」で区別します。炉内で直接沸騰させるのが沸騰水型（BWR）、蒸気発生器を介すのが加圧水型（PWR）。そして燃料温度が上がるとU238の中性子吸収が増えて出力が抑えられる現象がドップラー効果です。

出題のポイント

令和4年度下期 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】 令和4年度下期 A問題4

　次の文章は、原子炉の型と特性に関する記述である。軽水炉は、(ア)を原子燃料とし、冷却材と(イ)に軽水を用いた原子炉であり、我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、蒸気を原子炉の中で直接発生する(ウ)原子炉と蒸気発生器を介して蒸気を作る(エ)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(オ)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。上記の記述中の空白箇所(ア)〜(オ)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)	(オ)
(1)	低濃縮ウラン	減速材	沸騰水型	加圧水型	ドップラー効果
(2)	高濃縮ウラン	減速材	沸騰水型	加圧水型	ボイド効果
(3)	プルトニウム	加速材	加圧水型	沸騰水型	ボイド効果
(4)	低濃縮ウラン	減速材	加圧水型	沸騰水型	ボイド効果
(5)	高濃縮ウラン	加速材	沸騰水型	加圧水型	ドップラー効果

ポイント解説：直接沸騰＝BWR／蒸気発生器＝PWR、固有の安全性＝ドップラー効果

(ア)(イ)：軽水炉の燃料は低濃縮ウラン（3〜5%）で、軽水（普通の水）が冷却材と減速材を兼ねる。「加速材」という装置は存在しない——中性子は減速させて熱中性子にするのだから、(3)(5)は言葉だけで切れる。

(ウ)(エ)：蒸気を原子炉の中で直接発生させ、その蒸気でタービンを回すのが沸騰水型原子炉（BWR）。一次系の水を高圧に保って沸騰させず、蒸気発生器を介して二次系の水を蒸気にするのが加圧水型原子炉（PWR）。

(オ)：燃料の温度が上昇すると、ウラン238が中性子を吸収しやすくなり（共鳴吸収の幅が広がる）、核分裂に使える中性子が減って出力が自然に抑制される。これがドップラー効果で、原子炉の固有の安全性の代表。なおボイド効果は冷却材中の気泡（ボイド）が増えると減速材が減って出力が下がる現象で、「U238による中性子の吸収」という本文の記述に合うのはドップラー効果のほう。よって答えは(1)。

問題の解説

STEP1　(ア)(イ)

軽水炉＝低濃縮ウラン＋軽水（冷却材・減速材兼用）。「加速材」は存在しない語。

STEP2　(ウ)(エ)

炉内で直接沸騰＝沸騰水型（BWR）／蒸気発生器を介す＝加圧水型（PWR）。

STEP3　(オ)

燃料温度↑→U238の中性子吸収↑→出力抑制＝ドップラー効果→(1)。

答え：(1)

まとめ

(ア)	軽水炉の燃料＝低濃縮ウラン
(イ)	軽水は冷却材と減速材を兼ねる
(ウ)	炉内で直接蒸気を発生＝沸騰水型（BWR）
(エ)	蒸気発生器を介す＝加圧水型（PWR）
(オ)	燃料温度↑→U238の吸収↑＝ドップラー効果→(1)

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