令和7年度第三種電気主任技術者下期試験　電力科目 問40 解説 問4 問4

高速増殖炉における中性子の役割と核反応の仕組みから判断すると、高速増殖炉でウラン238が吸収するのは熱中性子ではなく高速中性子であるため、選択肢(1)の内容は誤りです。

高速増殖炉の核反応と増殖の仕組み

高速増殖炉は、核分裂反応で発生する中性子の速度を減速させず、高い運動エネルギーを持ったままの「高速中性子」を利用する原子炉です。通常の軽水炉などの原子炉では、中性子を減速材（水など）によって減速させ、熱平衡状態にある「熱中性子」にしてウラン235の核分裂を促進させますが、高速増殖炉ではこの減速を行いません。

この炉の最大の特徴は「増殖」という機能にあります。燃料として装荷したプルトニウム239などが高速中性子を放出して核分裂を起こすと、それによって生じた余剰の高速中性子が、周囲のウラン238に吸収されます。ウラン238はこの中性子を吸収することで不安定な状態となり、ベータ崩壊などを経て、核分裂性物質であるプルトニウム239に転換されます。このプロセスにより、消費した以上の燃料を炉内で作り出すことが可能となります。

原子炉の分類と反応過程の判断

設問で提示された選択肢を、各炉の特性に照らして精査します。

1. 高速増殖炉は、減速材を使用せず、高いエネルギーを持つ高速中性子を利用して核分裂を維持します。ウラン238がプルトニウム239に転換される反応は高速中性子によるものであり、熱中性子を利用するという記述は核分裂炉の仕組みとの混同です。
2. 高速増殖炉における核反応では、中性子の吸収と再生成の効率が極めて高く、消費されるプルトニウム239の量よりも新たに生成されるプルトニウム239の量が多くなるよう設計されています。
3. 高温ガス炉は、冷却材に化学的に安定したヘリウムガスを、中性子の減速材には耐熱性に優れた黒鉛を使用します。
4. 核融合炉は、ウランやプルトニウムのような重い原子核の分裂エネルギーではなく、水素やヘリウムといった軽い原子核同士を融合させる際に放出されるエネルギーを利用します。
5. 核融合反応を人工的に発生させるためには、原子核同士の電気的な反発力に打ち勝つ必要があります。そのため、燃料を高温のプラズマ状態にし、高速で衝突させることで反応を維持する方式をとります。

高速増殖炉の内部で中性子がどのように振る舞い、ウラン238と相互作用しているかという点に注目してみると、減速の必要性についての概念がより鮮明に見えてきます。

参考リンク

• 電験三種「原子炉の分類」の解説
• 核融合発電の原理と研究開発の現状
• 原子力エネルギーの基礎（日本原子力学会）