【電験三種・電力】原子力発電の基礎｜核分裂・PWR・BWRの違いを完全図解

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電力科目の解説

2026年1月7日

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✅ こんな悩みを抱えていませんか?

• 「核分裂って何が起きてるの?」
• 「PWRとBWRの違いが覚えられない…」
• 「原子力発電の問題が苦手で点数が取れない…」

電験三種の「電力」科目で必ず出題される原子力発電。特にPWR(加圧水型)とBWR(沸騰水型)の違いは、毎年のように問われる超頻出テーマです。

でも安心してください。この記事では、目に見えない核分裂のプロセスから、PWRとBWRの構造の違いまで、まるで目の前で見ているような図解で完全解説します。

💡 この記事で完全マスターできること

• 核分裂の連鎖反応のメカニズム
• PWR(加圧水型)の構造と特徴
• BWR(沸騰水型)の構造と特徴
• 試験で問われるPWRとBWRの違い12項目

それでは、原子の中心で起きている「見えないエネルギー革命」を、一緒に覗いてみましょう!

目次

• ⚛️ 核分裂とは?|原子が割れて巨大エネルギーを生む
  • 📖 核分裂の定義
  • 🔄 連鎖反応のメカニズム
  • 🔢 核分裂で発生するもの
• 💧 PWR(加圧水型)とは?|二重防護の安全設計
  • 📖 PWRの定義
  • ⚙️ PWRの仕組み
  • 📊 PWRの主要データ
• ♨️ BWR(沸騰水型)とは?|シンプル構造の効率型
  • 📖 BWRの定義
  • ⚙️ BWRの仕組み
  • 📊 BWRの主要データ
• ⚖️ PWR vs BWR|徹底比較で違いを完全理解
  • 🎯 試験で狙われるポイント
  • 📝 覚え方のコツ
  • ✏️ 練習問題
• 📚 まとめ|原子力発電の全体像を再確認
• 📚 次に読むべき記事｜あなたの悩みを解決！

⚛️ 核分裂とは?|原子が割れて巨大エネルギーを生む

核分裂(かくぶんれつ)とは、ウラン235などの重い原子核に中性子が衝突すると、原子核が2つに割れて、膨大なエネルギーを放出する現象のこと。

この時に放出されるエネルギーは、1回の分裂で約200 MeV(メガ電子ボルト)。これは、石炭を燃やすエネルギーの約300万倍!

💡 イメージで覚えよう

核分裂 = 巨大な風船を針で刺す瞬間 パン!と割れて、中に詰まっていた莫大なエネルギーが一気に放出される感じです!

核分裂の恐ろしくも素晴らしいところは、「連鎖反応」が起きること。1つの分裂が次々と新しい分裂を引き起こします。

🔄 核分裂の連鎖反応プロセス

1. Step1: 中性子1個がウラン235に衝突
2. Step2: ウラン235が2つに分裂(バリウム141 + クリプトン92など)
3. Step3: 分裂と同時に2〜3個の新しい中性子が飛び出す
4. Step4: この中性子が別のウラン235に衝突 → 連鎖反応スタート!

この連鎖反応を「制御棒」で調整することで、安定した発電を実現しているんです。制御棒を挿入すれば中性子を吸収して反応を抑え、引き抜けば反応を加速させます。

ウラン235が1回分裂すると、以下のものが生成されます:

• 分裂生成物(2個): バリウム、クリプトン、セシウムなど
• 中性子(2〜3個): 次の連鎖反応を引き起こす
• エネルギー(約200 MeV): 熱エネルギーとして利用
• ガンマ線(γ線): 高エネルギーの放射線

この中で、熱エネルギーが水を沸騰させ、蒸気でタービンを回して発電するわけです!

⚡ 驚異のエネルギー密度

石炭1kgで得られるエネルギー: 約27,000 kJ ウラン235を1kg核分裂させた場合: 約80,000,000,000 kJ なんと約300万倍! だから小さな燃料で巨大な電力を生み出せるんです。

💧 PWR(加圧水型)とは?|二重防護の安全設計

PWR(Pressurized Water Reactor / 加圧水型原子炉)とは、一次冷却系で炉心を冷やし、その熱を蒸気発生器で二次冷却系に伝えて蒸気を作る方式。

最大の特徴は、水が炉心で沸騰しないこと。超高圧(約157気圧)をかけることで、325℃でも液体のまま保たれます。

🔑 PWRの3つのポイント

• ① 一次冷却水と二次冷却水が完全に分離
• ② 炉心の水は沸騰しない(高圧で液体のまま)
• ③ 蒸気発生器で熱だけを伝える(放射能は移らない)

PWRの全体構造を見てみましょう。一次系と二次系の2つの独立した回路があります。

🔄 PWRの動作フロー

1. 一次系: 炉心で水が加熱される(325℃、157気圧)
2. 熱交換: 蒸気発生器で一次系→二次系へ熱を伝える
3. 二次系: 二次冷却水が蒸気になる(100℃、1気圧)
4. 発電: 蒸気がタービンを回し、発電機で電気を作る
5. 冷却: 蒸気が復水器で水に戻り、再び蒸気発生器へ

💡 イメージで覚えよう

PWR = 二重鍋でお湯を沸かす 内側の鍋(一次系)は高圧で熱々。外側の鍋(二次系)にだけ蒸気が出る。内側の水は外に出ないから放射能も漏れない!

♨️ BWR(沸騰水型)とは?|シンプル構造の効率型

BWR(Boiling Water Reactor / 沸騰水型原子炉)とは、炉心で水を直接沸騰させ、その蒸気でタービンを回す方式。

PWRと違って、一次系も二次系もなく、1つの系統だけ。非常にシンプルな構造です。

🔑 BWRの3つのポイント

• ① 炉心で水が直接沸騰して蒸気になる
• ② 蒸気がそのままタービンへ(蒸気発生器なし)
• ③ 構造がシンプルで建設コストが安い

BWRの全体構造を見てみましょう。1つの回路だけで完結するシンプル設計です。

🔄 BWRの動作フロー

1. 炉心: 水が核分裂の熱で沸騰(286℃、70気圧)
2. 気水分離: 蒸気と水を分離(蒸気だけを取り出す)
3. 発電: 蒸気が直接タービンを回し、発電機で電気を作る
4. 冷却: タービン通過後、復水器で蒸気を水に戻す
5. 循環: 給水ポンプで再び炉心へ送る

💡 イメージで覚えよう

BWR = やかんでお湯を沸かす やかんの中で直接沸騰させて、その蒸気を使う。シンプルだけど、やかんの中の水は「低レベルだけど放射能を含む」のが注意点!

⚠️ BWRの注意点

BWRでは、炉心で直接沸騰した蒸気がタービンに届くため、タービンや配管にも低レベルの放射能が付着します。そのため、タービンの保守作業には放射線対策が必要です。ただし、格納容器でしっかり遮蔽されているので、外部への影響はありません。

⚖️ PWR vs BWR|徹底比較で違いを完全理解

さあ、ここからが電験三種で最も問われるポイント!PWRとBWRの違いを、12項目で完全比較します。この表を覚えれば、試験で満点を狙えます!

⚡ 電験三種で頻出の12項目

1. 冷却系統: PWR=2ループ / BWR=1ループ
2. 炉心の状態: PWR=沸騰しない / BWR=沸騰する
3. 圧力: PWR=157気圧 / BWR=70気圧
4. 温度: PWR=325℃ / BWR=286℃
5. 制御棒: PWR=上から / BWR=下から
6. 蒸気発生器: PWR=あり / BWR=なし
7. 放射能: PWR=タービンに届かない / BWR=タービンに届く
8. 熱効率: PWR=33% / BWR=34%
9. 構造: PWR=複雑 / BWR=シンプル
10. 建設コスト: PWR=高い / BWR=安い
11. 安全性: PWR=二重防護で高い / BWR=格納容器で確保
12. 日本での採用: PWR=35%(関西) / BWR=65%(東京)

💡 語呂合わせで覚えよう

「PWRは二重で安心、BWRはシンプルで効率」

• PWR = Pressurized(加圧) → Pressure(圧力)が高い! → 157気圧
• BWR = Boiling(沸騰) → Boil(沸騰)する! → 炉心で直接沸騰
• 制御棒: PWRはPush down(上から押す)、BWRはBottom up(下から上げる)

📖 例題

次の記述のうち、PWR(加圧水型原子炉)に関するものとして正しいものを選べ。

(1) 炉心で水が直接沸騰して蒸気になる (2) 一次冷却水の圧力は約70気圧である (3) 制御棒は下から挿入される (4) 蒸気発生器で熱交換を行う (5) タービンに放射能を含んだ蒸気が到達する

✅ 解答と解説

正解: (4) 蒸気発生器で熱交換を行う

解説: (1) × BWRの特徴。PWRは沸騰しない (2) × PWRは約157気圧。70気圧はBWR (3) × PWRは上から挿入。下からはBWR (4) ⭕ PWRは蒸気発生器で一次系→二次系へ熱交換 (5) × PWRは二次系が別なので、放射能はタービンに届かない

📚 まとめ|原子力発電の全体像を再確認

✅ この記事で覚えるべき3つのポイント

1. 核分裂: ウラン235に中性子が衝突→2つに分裂→2〜3個の新しい中性子が飛び出し連鎖反応
2. PWR: 一次・二次の2ループ構造で安全性重視。圧力157気圧、炉心で沸騰しない
3. BWR: 1ループ構造でシンプル&効率重視。圧力70気圧、炉心で直接沸騰

原子力発電の核心は、核分裂の連鎖反応を制御して安定したエネルギーを取り出すこと。PWRとBWRは、どちらも同じ目的ですが、アプローチが違うんです。

試験では、圧力・温度・制御棒の方向・蒸気発生器の有無が狙われます。この記事の図解を頭に焼き付けて、満点を狙いましょう!

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