電験三種 R4年度下期電力問4 問題と解説

　問題　　　　　

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。

正解 (1)

　解説　　　　

本問では(　ア　)～(　エ　)は基本的かつ頻出テーマなので、必ず押さえておきたい知識です。一方で、(　オ　)に関してはややマイナーな知識ですが、(　ア　)～(　エ　)を正しく答えることができれば選択肢は1つに絞ることができるため、あまりこだわらなくてもいいと思います。

まず、国内の原子力発電で多く採用されている原子炉の型式は、軽水炉です。冷却材と減速材に軽水を使用していることから、このような名前が付いています。なお、軽水炉の燃料には低濃縮ウランが用いられます。

よって、(　ア　)には「低濃縮ウラン」が、(　イ　)には「減速材」が入ります。

また、軽水炉は沸騰水型と加圧水型の2種類に細分できます。以下の解説では本問を解くための簡単な説明に留めていますので、より詳しく把握しておきたい方は、沸騰水型原子力発電所(BWR)と加圧水型原子力発電所(PWR)のページを参照してください。

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、系統が単純になるのが特徴です。

加圧水型は、原子炉内で加熱された冷却材の沸騰を加圧器により防ぐとともに、一次冷却材ポンプで原子炉、蒸気発生器に冷却材を循環させます。そして、蒸気発生器で熱交換を行い、タービンに送る二次系の蒸気を発生させています。

つまり、原子炉圧力容器の中で直接蒸気を発生させるのが沸騰水型、別置の蒸気発生器で蒸気を発生させるのが加圧水型となります。

よって、(　ウ　)には「沸騰水型」が、(　エ　)には「加圧水型」が入ります。そして、この時点で選択肢は(1)しか残らないので、正解は(1)であることがわかります。

(　オ　)の選択肢には「ドップラー効果」と「ボイド効果」がありますが、以下でそれぞれの用語について解説します。ただし、解説の冒頭に書いた通り、これはあまり頻出事項ではないため、余裕があれば覚えておくくらいの考えで大丈夫だと思います。

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、炉内温度が上昇することがあります。このような場合、ウラン238(核分裂しにくい物質)による中性子の吸収が増加し、その分、ウラン235(核分裂しやすい物質)が中性子を吸収しにくくなって核分裂が減ります。

そうすると原子炉の出力が自然に抑制され、温度も下がっていきます。こうした効果のことを「ドップラー効果」といい、このような自己制御によって、原子炉は安全に稼働することができます。

【ドップラー効果】

また、同様に炉内温度が上昇した場合、水の密度が小さくなって、軽水の減速材としての働きが弱まります。そうすると、ウラン235(核分裂しやすい物質)が中性子を吸収しにくくなり、核分裂が減り、結果として炉内温度を低下させる効果があります。

このような効果を「ボイド効果」といい、これもドップラー効果と同様に、原子炉の自己制御に役立っています。

【ボイド効果】

よって、(　オ　)の含む文章は、ウラン238による中性子の吸収が増加する話なので、(　オ　)には「ドップラー効果」を入れるのが適切だと判断できます。

以上から、正解は(1)となります。

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