1 kg のウラン燃料に3.5 %含まれるウラン235 が核分裂し,0.09 %の質量欠損が生じたときに発生するエネルギ…

電力 第4問

1 kg のウラン燃料に3.5 %含まれるウラン235 が核分裂し,0.09 %の質量欠損が生じたときに発生するエネルギーと同量のエネルギーを,重油の燃焼で得る場合に必要な重油の量[kL]として,最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。ただし,計算上の熱効率を100 %,使用する重油の発熱量は40 000 kJ/L とする。

正答 (3)
正答は (3)。 【手順1 核分裂するウラン235 の質量を求める】 ウラン燃料1kg のうち3.5パーセントがウラン235 ですから  ウラン235 の質量 = 1 × 0.035           = 0.035 [kg] 【手順2 質量欠損を求める】 そのウラン235 に0.09パーセントの質量欠損が生じるので  質量欠損 = 0.035 × 0.0009       = 0.0000315 [kg]       = 3.15 × 10のマイナス5乗 [kg]
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パーセントを小数に直すときに100で割ることを忘れないでください。 【手順3 エネルギーに換算する】 質量とエネルギーの関係式を使います。  E = Δm × (c の2乗) 光速c = 3 × 10の8乗 m/s ですから  c の2乗 = 9 × 10の16乗 [m/s の2乗]  E = 3.15 × 10のマイナス5乗 × 9 × 10の16乗    = 28.35 × 10の11乗    = 2.835 × 10の12乗 [J] キロジュールに直すと  E = 2.835 × 10の9乗 [kJ] 【手順4 重油の量を求める】 重油の発熱量は1リットル当たり40000kJ、熱効率は100パーセントとするので  必要な重油 = 2.835 × 10の9乗 ÷ 40000        = 70875 [L] キロリットルに直します。1kL = 1000L ですから  70875 ÷ 1000 = 70.9 [kL] 最も近いのは 70 ですから、(3) が正答です。 【検算】 70.9kL = 70900L に40000kJ/L を掛けると  70900 × 40000 = 2.836 × 10の9乗 [kJ] 上で求めたエネルギーと一致します。 【間違えやすい点】 一つ目は、パーセントの扱いです。3.5パーセントを0.035、0.09パーセントを0.0009 と、二度とも100で割る必要があります。二つ目は、リットルとキロリットルの換算です。1000で割るのを忘れると70875 という値のまま、選択肢(5)の7.8×10の4乗 に近い数を選んでしまいます。三つ目は、ジュールとキロジュールの換算です。発熱量がキロジュール単位で与えられているので、エネルギー側も必ずキロジュールにそろえてください。

出典:令和5年度上期第三種電気主任技術者 電力科目 問4(一般財団法人 電気技術者試験センター 公表)出典元ページ

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