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。

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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