1 g のウラン235 が核分裂し,0.09 %の質量欠損が生じたとき,発生するエネルギーを石炭に換算した値[kg]とし…
電力 第4問
1 g のウラン235 が核分裂し,0.09 %の質量欠損が生じたとき,発生するエネルギーを石炭に換算した値[kg]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,石炭の発熱量を25 000 kJ/kg とする。
- (1)32
- (2)320
- (3)1 600
- (4)3 200
- (5)6 400
正答 (4)
正答は (4)。
【手順1 質量欠損を求める】
ウラン235 が1g、すなわち 1 × 10のマイナス3乗 kg 核分裂し、そのうち0.09パーセントが質量欠損になるので
Δm = 1 × 10のマイナス3乗 × 0.0009
= 9 × 10のマイナス7乗 [kg]
パーセントを小数に直すときに100で割ること、グラムをキログラムに直すときに1000で割ることの二つを忘れないでください。
【手順2 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)
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光速c = 3 × 10の8乗 m/s ですから
c の2乗 = 9 × 10の16乗
E = 9 × 10のマイナス7乗 × 9 × 10の16乗
= 81 × 10の9乗
= 8.1 × 10の10乗 [J]
キロジュールに直すと
E = 8.1 × 10の7乗 [kJ]
【手順3 石炭の量を求める】
石炭の発熱量が1kg 当たり25000kJ なので
石炭の量 = 8.1 × 10の7乗 ÷ 25000
= 81000000 ÷ 25000
= 3240 [kg]
最も近いのは 3200 ですから、(4) が正答です。
【検算】
3240kg の石炭が出す熱量は
3240 × 25000 = 8.1 × 10の7乗 [kJ]
上で求めたエネルギーと一致します。
【桁の感覚】
ウラン235 が1g 核分裂すると、石炭にしておよそ3トン分の熱量になります。この「1グラムで石炭3トン」という対応は覚えておくと、計算結果の桁が合っているかを一目で確かめられます。
【間違えやすい点】
一つ目は、グラムのまま計算してしまうことです。その場合は1000倍の値になり、選択肢にありません。二つ目は、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、エネルギー側もキロジュールにそろえる必要があります。三つ目は、質量欠損の割合を掛け忘れることです。1g がすべてエネルギーに変わるわけではなく、変わるのはそのうちの0.09パーセントだけである、という点に注意してください。
出典:令和6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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