今回は平成29年度 理論科目 A問題12を解説します。紫外線ランプの構造（両端の部品・封入ガス・電子が出る電極）と、蛍光ランプで紫外線を何に変換するかを問う穴埋め問題です。
ランプの両端には電極があり、管内には希ガスと微量の水銀が封入されています。陰極から出た電子が放電を起こし、水銀が紫外線を放出。蛍光ランプは管の内側に蛍光物質を塗り、紫外線を可視光に変換したものです。
平成29年度 理論科目 A問題12：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29年度 第三種電気主任技術者試験」理論科目 A問題12
電験3種 理論科目 【電子理論（電子の運動）】 平成29年度 A問題12
次の文章は、紫外線ランプの構造と動作に関する記述である。
紫外線ランプは、紫外線を透過させる石英ガラス管と、その両端に設けられた(ア)からなり、ガラス管内には数百パスカルの(イ)及び微量の水銀が封入されている。両極間に高電圧を印加すると、(ウ)から出た電子が電界で加速され、(イ)原子に衝突してイオン化する。ここで生じた正イオンは電界で加速され、(ウ)に衝突して電子をたたき出す結果、放電が安定に持続する。管内を走行する電子が水銀原子に衝突すると、電子からエネルギーを得た水銀原子は励起され、特定の波長の紫外線の光子を放出して安定な状態に戻る。さらに(エ)はガラス管の内側の面にある種の物質を塗り、紫外線を(オ)に変換するようにしたものである。
上記の記述中の空白箇所(ア)、(イ)、(ウ)、(エ)及び(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) 磁極 酸素 陰極 マグネトロン マイクロ波 (2) 電極 酸素 陽極 蛍光ランプ 可視光 (3) 磁極 希ガス 陰極 進行波管 マイクロ波 (4) 電極 窒素 陽極 赤外線ヒータ 赤外光 (5) 電極 希ガス 陰極 蛍光ランプ 可視光
出題のポイント：放電のしくみを順にたどる
紫外線ランプ（そして蛍光ランプ）の中で何が起きているか——電子・イオン・水銀原子・光子の役割を順にたどれば、5つの空欄はすべて埋まります。
用語の候補を見れば、消去法が使えます。「磁極」「マグネトロン」「進行波管」はマイクロ波の装置——紫外線ランプとは無関係です。
水銀原子の役割は「紫外線を出すこと」です。電子がぶつかって励起され、元に戻るときに特定波長の光子を放出——これが254 nmの紫外線です。
解説：5つの空欄を順に埋める
| 空欄 | 答え | 根拠 |
| (ア) | 電極 | 放電させるには電極が必要（磁極ではない） |
| (イ) | 希ガス | アルゴンなど。化学反応しないので封入に適する |
| (ウ) | 陰極 | 電子が出るのも、正イオンが衝突するのも陰極 |
| (エ) | 蛍光ランプ | 紫外線を可視光に変える装置 |
| (オ) | 可視光 | 照明として使うので可視光 |
(イ)の「希ガス」がポイントです。酸素や窒素では電極や水銀と化学反応してしまう——反応しないアルゴンやクリプトンが使われます。
(ウ)は2か所とも「陰極」です。電子は負電荷なので、負の電極（陰極）から出て陽極へ向かいます。正イオンは逆に陰極へ引き寄せられ、衝突して新たな電子をたたき出します。
(エ)(オ)は「蛍光ランプ」の説明です。紫外線ランプの内側に蛍光体を塗ると、紫外線が可視光に変換される——これが蛍光灯です。
誤答の正体：無関係な装置名が紛れ込んでいる
| 選択肢 | 紛れ込んでいる語 | 本来の意味 |
| (1) | 磁極・マグネトロン・マイクロ波 | 電子レンジの部品と電波 |
| (2) | 酸素・陽極 | 酸素は反応してしまう／電子が出るのは陰極 |
| (3) | 磁極・進行波管 | 進行波管はマイクロ波の増幅器 |
| (4) | 窒素・陽極・赤外線ヒータ | 赤外線ヒータは暖房器具 |
| (5) | — | すべて正しい |
「マグネトロン」「進行波管」はマイクロ波の装置です。紫外線ランプの話に出てくるはずがありません——この一点で(1)(3)が消えます。
「陽極から電子が出る」は明らかな誤りです。電子は負電荷なので、負の電極から出る——これで(2)(4)も消えて、残るは(5)だけです。
⚠️ よくある間違い
「陰極」と「陽極」の区別は、電子理論の基本です。電子が出るのは陰極（カソード）、電子が到達するのは陽極（アノード）——電流の向きとは逆である点に注意してください。
☝️ ひっかけの作り方：選択肢に紛れている語の多くは「別分野の正しい用語」です。マグネトロンも進行波管も実在する装置——だから知らないと消せません。用語は分野ごとに整理しておきましょう。
深掘り①：蛍光ランプが光るまでの5段階
蛍光灯が光るまでには、5つの段階があります。順にたどると、問題文の記述がそのまま理解できます。
| 段階 | 起きること |
| ❶ 電子放出 | 陰極（フィラメント）から熱電子が出る |
| ❷ 加速・電離 | 電子が電界で加速され、希ガス原子をイオン化 |
| ❸ 自己持続 | 正イオンが陰極に衝突して二次電子を出す |
| ❹ 紫外線発生 | 電子が水銀原子を励起し、戻るとき紫外線（254 nm）を放出 |
| ❺ 可視光変換 | 管内壁の蛍光体が紫外線を可視光に変える |
❹の254 nmは、人体に有害な紫外線です。だから普通の蛍光灯では、必ず蛍光体で可視光に変えます。殺菌灯は、あえて蛍光体を塗らずに紫外線をそのまま使います。
石英ガラスが使われるのは、普通のガラスが紫外線を通さないからです。殺菌灯には石英ガラス、蛍光灯には普通のガラス＋蛍光体——用途で材質が変わります。
深掘り②：なぜ希ガスなのか
ランプに封入する気体には、いくつもの条件があります。希ガスが選ばれる理由を整理しておきましょう。
| 気体 | 使えるか | 理由 |
| アルゴン（希ガス） | ◎ | 化学反応しない・電離しやすい・安価 |
| クリプトン（希ガス） | ○ | 効率が良いが高価 |
| 酸素 | × | 電極を酸化させてしまう |
| 窒素 | × | 放電特性が悪く、化合物を作る |
希ガスは最外殻電子が閉じているので、他の原子と結合しません。電極や水銀と反応しないから、長期間安定して使えます。
もう1つの理由は「始動しやすさ」です。希ガスは比較的低い電圧で電離するので、点灯開始がスムーズになります。
深掘り③：LED照明への置き換え
蛍光灯は急速にLEDへ置き換わっています。原理がまったく違うので、比べておくと理解が深まります。
| 蛍光ランプ | LED照明 | |
| 発光のしくみ | 放電→紫外線→蛍光体で可視光 | 半導体の再結合で直接発光 |
| 水銀 | 使う（環境負荷） | 使わない |
| 効率 | 60〜100 lm/W | 100〜200 lm/W |
| 寿命 | 6000〜12000時間 | 40000時間以上 |
| 点灯 | 時間がかかる（グロー式） | 瞬時 |
水俣条約により、水銀を使う蛍光灯は2027年末までに製造・輸出入が禁止されます。蛍光灯は歴史的な役割を終えつつあります。
ただし電験の試験では、放電のしくみを問う問題として今後も出題されるでしょう。電離・励起・光子の放出という物理は、他の分野にも通じる基礎だからです。
⏱️ 本番での進め方
❶ 「磁極」「マグネトロン」「進行波管」はマイクロ波の用語——即消し。
❷ 電子が出るのは陰極——「陽極」とある選択肢は誤り。
❸ 封入するのは希ガス——酸素・窒素は反応してしまう。
❹ 紫外線→可視光に変えるのが蛍光ランプ——蛍光体を塗る。
💡 覚え方
「陰極から電子、陽極へ向かう」——電子は負電荷だから、負の電極（陰極）から出るのは当然です。電流の向きとは逆——ここだけ押さえれば(2)(4)は消せます。
出題履歴：放電現象は数年に一度出る
放電管・蛍光ランプのしくみを問う出題は、計算不要で知識だけで解けます。電離・励起・光子という物理用語を押さえておけば、確実に得点できる1問です。
この分野はほぼ毎年どこかで出題されます。手を動かして解ける状態にしておけば、本番で確実に得点できます。
あわせて解いておきたい記事：【理論】平成22年度A問題12（4つの電子放出現象）／【理論】令和2年度A問題12（光電効果）
まとめ
| (ア) | 電極 |
| (イ) | 希ガス |
| (ウ) | 陰極 |
| (エ)(オ) | 蛍光ランプ・可視光 |
| 答え | (5) |
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