電験三種 令和5年度下期 電力 問4｜発電（原子力発電）

電験三種「電力」の軽水炉原子燃料に関する正誤問題（令和5年度下期 問4）。正答は(3)です。

軽水炉で使われるウラン燃料は、天然ウラン中のウラン235の割合（0.7%程度）を3〜5%程度まで高めた低濃縮ウランです。兵器級に使われる90%程度の高濃縮ウランは商用軽水炉の燃料としては使用されません。選択肢(3)は「濃縮度90%程度の高濃縮ウラン」としているため誤りで、正答は(3)です。

【軽水炉のウラン燃料と核分裂性物質】（令和5年度下期 問4）

各選択肢を検討します。

(1) 中性子を吸収して核分裂を起こす核分裂性物質にウラン235やプルトニウム239があることは正しい記述です。

(2) ウラン燃料が二酸化ウラン(UO₂)の粉末を焼き固めたペレット状で使用されることは正しい記述です。

(3) 軽水炉の商用燃料は、天然ウラン中約0.7%のウラン235の濃度を3〜5%程度まで高めた低濃縮ウランです。濃縮度90%程度の高濃縮ウランは核兵器や一部の研究炉・舶用炉に用いられるもので、商用軽水炉の燃料としては使用されません。この記述は誤りです。

(4) ウラン238が中性子を吸収してプルトニウム239に変わるため「親物質」と呼ばれることは正しい記述です。

(5) 天然ウランが約0.7%のウラン235を含み、残りがほとんどウラン238であることは正しい記述です。

以上より、誤っているのは(3)です。

【ウラン濃縮度と核燃料サイクルの位置づけ】（令和5年度下期 問4）

天然ウランは質量数235のウラン235（核分裂性物質）が約0.7%、質量数238のウラン238（非核分裂性だが中性子吸収で核分裂性のプルトニウム239に転換する「親物質」）が約99.3%を占めます。このままでは軽水を減速材・冷却材に使う軽水炉で核分裂連鎖反応を維持しにくいため、ウラン235の濃度を遠心分離法などで3〜5%程度まで高める「濃縮」の工程を経て燃料に加工します。これが一般にいう「低濃縮ウラン」です。

濃縮度20%以上を「高濃縮ウラン」、90%程度を核兵器級と呼び、研究炉や原子力潜水艦など特殊な用途を除き、商用発電用の軽水炉燃料には使用されません。濃縮度を必要以上に高めないのは、核拡散防止（核不拡散条約に基づく保障措置）の観点からも、また軽水炉の炉心設計（反応度制御のしやすさ・燃料コスト）の観点からも、3〜5%程度の低濃縮度で十分な出力を得られるよう炉心設計がなされているためです。

燃料として加工されたウラン（二酸化ウランのペレット）は、ジルコニウム合金製の被覆管に封入されて燃料棒となり、束ねられて燃料集合体として炉心に装荷されます。使用済燃料中には、燃焼とともに蓄積したプルトニウム239（ウラン238が中性子を吸収して生成）も含まれており、これを再処理して取り出したプルトニウムをウランと混合した混合酸化物燃料（MOX燃料）としてプルサーマル発電に利用する核燃料サイクルが、日本の原子力政策の基本方針となっています。選択肢(1)(4)の「核分裂性物質」と「親物質」の区別は、このプルトニウム生成の流れと結び付けて覚えると混同しません。