電力
電験三種 令和7年度下期 電力 問4
問題・正答・学習用解説
問題
日本において将来に向けた検討がなされている新型炉に関する記述として，誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。選択肢
正答と解説
正答：（1）
正答の考え方
正解は(1)です。高速増殖炉（FBR）は名のとおり減速材を用いず『高速中性子』のまま核反応を進める炉であり，『速度の遅い熱中性子を吸収して』という記述が根本的に誤りです。また反応の中身も不正確で，ウラン238は中性子を吸収すると自ら核分裂を起こすのではなく，ウラン239を経てネプツニウム239，さらにプルトニウム239へと転換（増殖）されます。つまり『核分裂を起こし，プルトニウム239に転換される』という因果も誤りです。正しくは『高速中性子の照射下でウラン238が中性子を吸収しプルトニウム239に転換される』であり，この記述(1)が誤りの選択肢として選ばれます。
各選択肢の解説
選択肢2
消費したプルトニウム239より多くのプルトニウム239を生成する（増殖比1超）のは高速増殖炉の本来の特徴であり，正しい記述です。誤りの選択肢ではありません。
選択肢3
高温ガス炉が不活性なヘリウムを冷却材，黒鉛を減速材として用い高温を取り出すのは正しい記述です。化学的に安定なヘリウムは腐食や放射化が少ない利点があります。
選択肢4
核融合炉が水素やヘリウムといった軽い原子核の融合反応を利用するのは正しい記述です。核分裂物質のウランなどではなく軽核を用いる点が核分裂炉との本質的な違いです。
選択肢5
プラズマ状態にした重水素（および三重水素）の原子核を高速で衝突させ核融合を起こすのは正しい記述です。クーロン反発に打ち勝つため超高温・高密度・長時間閉じ込めが要求されます。
周辺知識
原子炉の核反応は中性子のエネルギーで性質が大きく変わります。軽水炉などの熱中性子炉は水や黒鉛の減速材で中性子を熱中性子のエネルギー（室温で約0.025eV）まで落とし，ウラン235の核分裂断面積が大きくなる領域で連鎖反応を維持します。一方，高速増殖炉は減速材を使わず高速中性子（数十keV〜MeV）で運転し，核分裂で出た余剰中性子をウラン238に吸収させてプルトニウム239へ転換します。消費した核分裂性物質より多くの核分裂性物質を生む比率を増殖比（>1）と呼び，これがFBRの『増殖』の語源です。冷却材には中性子を減速しにくく熱伝達のよい液体ナトリウムが用いられます。高温ガス炉（HTGR）はヘリウム冷却・黒鉛減速で約950℃の高温を取り出し水素製造などへの利用が期待されます。核融合炉は重水素（D）と三重水素（T）の融合 D+T→He+n でエネルギーを得るもので，超高温プラズマを磁場で閉じ込めるトカマク方式（ITER等）が代表的です。『高速＝減速材なし・高速中性子』『Pu239の生成はU238の核分裂ではなく、中性子捕獲と続くβ崩壊による転換』の2点を押さえます。U238自体も十分なエネルギーを持つ高速中性子によって核分裂するので、「U238は核分裂しない」と一般化してはいけません。