《理論》〈原子力〉[R07:問1]原子燃料及び原子燃料サイクルに関する空欄穴埋問題

1 【問題】
2 【ワンポイント解説】
3 【解答】

【問題】

【難易度】★★☆☆☆（やや易しい）

次の文章は，原子燃料及び原子燃料サイクルに関する記述である。文中の$ \ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ $に当てはまる最も適切なものを解答群の中から選べ。

天然ウランには核分裂しやすいウラン$ \ 235 \ $が約$ \ 0.7 \ $％しか含まれていないため，この割合を高める濃縮工程が必要である。実用化されている濃縮方法のうち，我が国で用いられているのは$ \ \fbox {　（１）　} \ $法である。

原子力発電所の使用済燃料の中には，核分裂しなかったウランと，新しくできたプルトニウムが含まれる。これらのエネルギー資源を回収することを$ \ \fbox {　（２）　} \ $という。$ \ \fbox {　（２）　} \ $の方法として，我が国では湿式法の一つである$ \ \fbox {　（３）　} \ $法が導入されている。

使用済燃料から取り出したプルトニウムを，ウランなどと混合して$ \ \mathrm {MOX} \ $燃料に加工し，$ \ \fbox {　（４）　} \ $で利用することをプルサーマルという。

放射性廃棄物は放射能レベルによって分類されるが，我が国では，高レベル放射性廃棄物は$ \ \fbox {　（５）　} \ $と混ぜて溶融し，容器に入れて固化したものを地下深い安定した地中層に埋設処分することが計画されている。

〔問1の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　再処理　　　　　&（ロ）&　ガス拡散　　　　　&（ハ）&　キレート \\[ 5pt ] &（ニ）&　コンクリート　　　　　　　&（ホ）&　高速中性子炉　　　　　　　&（ヘ）&　再臨界 \\[ 5pt ] &（ト）&　レーザ　　　　　&（チ）&　ガラス　　　　　&（リ）&　遠心分離 \\[ 5pt ] &（ヌ）&　転換炉　　　　　&（ル）&　鉛　　　　　　&（ヲ）&　ピューレックス \\[ 5pt ] &（ワ）&　熱中性子炉　　　　　&（カ）&　再分離　　　　　　&（ヨ）&　カスケード \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

再処理工程を中心とした原子燃料サイクルに関する問題です。
2026年度に青森県六ヶ所村で再処理工場が完成予定のため，時事問題的な要素を含み電験でも扱われたのかなという印象です。
$ \ 2 \ $種や$ \ 3 \ $種でも扱う空欄も多いため，最低でも$ \ 3 \ $つ以上は正答できるようにしておきたい問題です。

1.原子燃料サイクル
天然ウランには主にウラン$ \ 235 \ $とウラン$ \ 238 \ $がありますが，その$ \ 99 \ \mathrm {％} \ $以上がウラン$ \ 238 \ $であり原子力発電の燃料として利用可能なウラン$ \ 235 \ $の割合は$ \ 0.7 \ \mathrm {％} \ $程度しかありません。これでは連鎖反応が続かないので，原子力発電では連鎖反応が継続可能な$ \ 3 ～ 5 \ \mathrm {％} \ $程度にウラン$ \ 235 \ $を濃縮（低濃縮ウラン）して使用します。
この濃縮過程や再利用する過程を原子燃料サイクルといい，以下のような工程があります。

①精錬
ウラン鉱石を粉砕し精錬しウラン精鉱（イエローケーキ）にします。

②転換
ウラン精鉱（イエローケーキ）を六フッ化ウラン$ \ \left( \mathrm {UF}_{6}\right) \ $にします。

③濃縮
遠心分離法等によりウラン$ \ 235 \ $の濃度が$ \ 3 ～ 5 \ \mathrm {％} \ $程度になるように濃縮します。

④再転換
加工しやすいように粉末状の二酸化ウラン$ \ \left( \mathrm {UO}_{2}\right) \ $にします。

⑤加工
ペレット状にして燃料集合体に加工します。

⑥再処理
$ \ 3～5 \ $年程度発電に利用した使用済み燃料からウランとプルトニウムを分離します。一般的な湿式法（ピューレックス法）では硝酸等を用いて，リサイクル可能なウランとプルトニウム，そして核分裂生成物に分離し，核分裂生成物は高レベル放射性廃棄物としてガラス固化し安全に貯蔵されます。

⑦$ \ \mathrm {MOX} \ $加工
ウランとプルトニウムを混ぜ合わせ$ \ \mathrm {MOX} \ $燃料にします。これをさらに原子力発電で利用（プルサーマル）します。

出典：電験戦士教本「原子力・その他発電」　P.30
ＵＲＬ：https://denkenia-archives.stores.jp/

【解答】

(1)解答：リ
題意より解答候補は，（ロ）ガス拡散，（ハ）キレート，（ト）レーザ，（リ）遠心分離，（ヲ）ピューレックス，（ヨ）カスケード，になると思います。
濃縮方法は遠心分離法やガス拡散法がありますが，ワンポイント解説「1.原子燃料サイクル」の通り，我が国で用いられているのは遠心分離法となります。

(2)解答：イ
題意より解答候補は，（イ）再処理，（ヘ）再臨界，（カ）再分離，になると思います。
ワンポイント解説「1.原子燃料サイクル」の通り，核分裂しなかったウランとプルトニウムを回収することを再処理といいます。

(3)解答：ヲ
題意より解答候補は，（ロ）ガス拡散，（ハ）キレート，（ト）レーザ，（リ）遠心分離，（ヲ）ピューレックス，（ヨ）カスケード，になると思います。
ワンポイント解説「1.原子燃料サイクル」の通り，再処理工程で用いられている湿式法にはピューレックス法があります。

(4)解答：ワ
題意より解答候補は，（ホ）高速中性子炉，（ヌ）転換炉，（ワ）熱中性子炉，になると思います。
ワンポイント解説「1.原子燃料サイクル」の通り，$ \ \mathrm {MOX} \ $燃料は原子力発電所の軽水炉で利用されます。軽水炉は熱中性子を利用し核分裂反応をさせる熱中性子炉です。

(5)解答：チ
題意より解答候補は，（ニ）コンクリート，（チ）ガラス，（ル）鉛，になると思います。
ワンポイント解説「1.原子燃料サイクル」の通り，高レベル放射性廃棄物はガラスと混ぜて溶融し，容器に入れて固化されます。