「原子力・放射線部門」専門科目の解説（上）

新連載●技術士試験
「原子力・放射線部門」対策講座（1）
平成 18 年度技術士第一次試験
「原子力・放射線部門」専門科目の解説
（上）
―試験の概要とエネルギー分野
日本原子力学会 原子力教育・研究特別専門委員会
日本技術士会 原子力・放射線部会
表1
Ⅰ． はじめに
分野
専門科目の分野別設問数
平成 16 年度 平成 17 年度 平成 18 年度
昨年の体育の日、2006 年 10 月 9 日（月）に 3 回目の原子
原子力
12 問
14 問
14 問
力・放射線部門の技術士第一次試験が実施された。技術士
放射線
12 問
14 問
14 問
第一次試験は、例年通り、基礎、適性、共通、専門の 4 科
エネルギー
6問
7問
7問
目から構成され、すべて択一式問題であった。この試験の
計
30 問
35 問
35 問
内容は、共通科目については 4 年制大学の自然科学系学部
の教養教育程度、基礎科目及び専門科目については、同学
部の専門教育程度とされている1）。本稿では、これら 4 科
目のうちから専門科目 35 問について、今号と 4 月号、5 月
号の 3 回に分けて問題と解答の解説を掲載する。なお、誌
面の都合上、今月号で専門科目試験の後半に出題されたエ
Ⅲ． 専門科目の出題傾向
1．原子力分野
ネルギー分野の 7 問
（設問Ⅳ−29 ∼Ⅳ−35）
の解説を行い、4
原子力については、表 2 に示したように、炉物理
（7 問）
、
月号で原子力分野の 14 問（設問Ⅳ−1 ∼Ⅳ−14）、5 月号で
工学的安全性
（2 問）
、核燃料サイクル関連
（4 問：燃料製造、
放射線分野の 14 問
（設問Ⅳ−15 ∼Ⅳ−28）
の解説を行う予定
再処理、放射性廃棄物、高速増殖炉）
、および法規
（1 問）
か
である。
ら出題された。17 年度に比べ、炉物理が 1 問増え、工学的
本号では、エネルギー分野の問題と解答の解説に加え、
専門科目全体の試験内容、出題傾向、対策等について、そ
安全性が 1 問減った以外はほぼ同じ出題傾向である。
炉物理の設問中いくつかは、原子炉の動特性に関する知
識を要求しており、安全性に関する知識を要求する設問も
の概要を記述する。
ある。工学的安全性では、原子力発電所の耐震設計と運転・
Ⅱ． 専門科目の試験内容
保守に関して 2 問出題された。核燃サイクルでは、今年も
専門科目は
「当該技術部門に係る基礎知識及び専門知識を
1）
核燃料の製造から高レベル廃棄物地下処分施設の設計まで
問う問題」
とされている 。また、技術士法施行規則に基づ
広範囲の知識が要求された。また、昨年と同様に関連法規
く告示によれば、当該専門科目の出題範囲は、
「原子力、放
についての設問が 1 問あった。
2）
射線、エネルギー」
の 3 つの分野と規定されている 。平成
専門科目は学部専門教育程度とはなっていても、工学的
16 年度（30 問）、17 年度（35 問）および 18 年度（35 問）の設
安全性や核燃サイクルの分野は、大学の学部教育では教え
問数を前述の 3 分野に分けたものを表 1 に、18 年度の各設
ていないようなかなり広範囲の専門知識が要求されるので、
問の概要を表 2 にそれぞれ示す。
効率的な勉強が必要である。専門科目の基本書（例えば
「原
16 年度から 18 年度まで 3 年間の分野ごとにおける設問
4）
子力がひらく世紀」
など）
を決め、それを中心にインターネ
の割合は同一であり、原子力と放射線が同数で、エネルギ
ットの検索サイトから周辺知識を吸収する方法が勧められ
ーがその半分である。19 年度以降の試験においても、専門
る。
科目の分野別出題割合は大きく変わらないと予想される。
なお、原子力・放射線部門の専門科目では、2 時間の中で、
出題された 30 問または 35 問のうちから 25 問を任意に選
択して回答することが求められた。
60
2．放射線分野
放射線では、表 2 に示したようにあえて分類すると、放
射線の基礎（10 問）、放射線利用（1 問）、保健物理（3 問）か
原子力eye
表２ 平成 18 年度
「専門科目」
の設問分類と概要
設問
1
分類
原子力
（炉物理）
2
3
内容の概要
設問
分類
15 放射線
積や微視的吸収断面積などにより算出
16 （放射線の基礎、 14C と 22Na が壊変して生成する元素
原子炉の実効増倍率の公式に含まれる幾何学的バックリ
17 放射線物理）
各種放射線が示すエネルギースペクトルの違い
ング、フェルミ年令、熱中性子の拡散距離などの理解
18
静電場を利用する粒子加速器に関する知識
原子炉の中性子エネルギースペクトルに関し、高速中
19
放射線の基礎知識（チェレンコフ光、ラザフォード散乱、
性子、中速中性子、熱中性子についての解釈
4
5
7
電子対生成、コンプトン散乱、光電効果）
20
永続平衡における親核種と娘核種の半減期と放射能
ペリオド、遅発中性子割合などについての知識
21
ポジトロン断層撮影法に用いられる同位体製造の知識
軽水炉の反応度効果に関し、実行増倍率、ドップラー
22
火成岩中カリウムが１半減期間で生成する 40Ar の原子
数を算出
原子炉の制御に重要な核分裂生成物に関し、135I と 135Xe
23 放射線
の働きなどについての知識
24 （放射線の基礎、放射線を溶液や固体に照射したときの反応に関する知
放射線化学）
BWR と PWR の反応度制御に関し、冷却材中ホウ素濃度、
燃料ペレット濃縮度分布などについての知識
8
原子力
25 放射線
原子力発電所の運転・保守に関し、定期検査で見つか
12
体影響）
28 放射線
定）
収されるプルトニウムを再利用する炉数の算出
高レベル廃棄物地下処分場の計画に関し、50 年間で発
29 エネルギー
生する高レベル廃棄物を埋設するのに必要な占有面積
14 原子力
（法規）
鉛容器中 137Cs を L 型輸送物として運搬できる最大放射
（保健物理、測 能の算出
軽水炉のプルサーマル実施に関し、使用済燃料から回
13
放射線影響に関する知識（確率的影響、生物学的効果比、
（保健物理、人 倍加線量、放射線感受性、組織荷重係数）
使用済燃料中間貯蔵施設に関し、乾式貯蔵キャスクの
設計、外部電源喪失時の電源系などについての知識
個人被ばく管理に関する知識（実効線量、70 μm 線量
ばく管理）
27 放射線
（核燃サイクル） を得るために必要な天然ウランの重量算出
11
医療分野での放射線利用に関する知識
（保健物理、被 当量、バイオアッセイ法、空気中濃度計算法）
ての知識
燃料の製造に関し、濃縮度 3.5 ％のウラン製品 1 トン
識
射線利用）
26 放射線
ったひびの補修、国際原子力事象評価尺度などについ
10 原子力
放射化学分離に関し、90Sr と 90Y の分離についての知識
（保健物理、放
原子力発電所の耐震設計に関し、活断層、岩盤支持、
（工学的安全性） 免震構造、運転の自動停止などについての知識
9
軌道電子のエネルギー準位に関する知識
微小な反応度変化に関し、軽水炉の中性子寿命、安定
効果、余剰反応度、自己制御性などについての知識
6
内容の概要
ウラン中の熱中性子の平均自由行程を微視的散乱断面
天然資源とリサイクルにより製品を生産するのに投入
される総エネルギーの算出
の算出
30
化石燃料の炭素税に関する知識
原子力関連法規の知識（環境影響評価、原子炉設置許可、
31
京都議定書に関する知識
安全協定、原子力損害賠償、核物質防護）
32
原子力発電所の出力を増やすことにより火力発電所の
二酸化炭素排出量の削減量を算出
33
エネルギー基本法の第一条に関する知識
34
主要電源の発電電力量推移についての知識
35
熱機関を 2 台直列につないだ場合の総合熱効率を表す
式についての知識
ら出題された。17 年度に比べ、放射線の基礎が 3 問増え、
表示式に関する設問が出題された。
保健物理が 3 問減った。放射線の基礎では、放射線に関連
16 年度は 6 問中 4 問が計算問題であったが、17 年度と
した原子核物理および放射線化学の基礎的事項の理解が問
18 年度の計算問題は 7 問中 2 問程度になり、知識を要求す
われた。保健物理では、今年度の出題数が減少したが、被
る問題が多くなっている。この分野の勉強法としては、原
ばく管理、人体影響、測定から 1 問ずつ出題された。
4）
子力分野と同じように
「原子力がひらく世紀」
などを基点に
技術士第一次試験問題を第 1 種放射線取扱主任者試験問
題と比べると出題範囲は基礎的なものが多いので、第 1 種
放射線取扱主任者試験用に市販されている参考書や問題集
を利用することは有益である。
周辺知識を吸収するとよい。
Ⅳ． エネルギー分野の設問
［設問 29］枯渇性資源の有効利用のためには、使用済み製
品の効率的なリサイクルが不可欠である。天然資源 A から
3．エネルギー分野
金属 B を 1 トン生産するためのエネルギー消費量を x と
エネルギーでは、リサイクルを考慮した投入エネルギー
し、その金属 B から同重量の金属製品 C が、1 トン当たり
量の計算、化石燃料の炭素税、京都議定書、原子力発電に
y のエネルギー投入により製造される。その製品 C はその
よる二酸化炭素排出削減量の計算、エネルギー基本法の第
後、全量が廃棄され、その廃棄された製品 C から再び金属
一条、主要電源の発電電力量推移、および熱機関の熱効率
B が回収される。このとき金属 B を 1 トン回収するために
Vol.53 No.3 （2007年 3月号）
61
消費されるエネルギーを 0.5x とし、製品 C からの金属 B
できなくても、京都議定書の遵守を可能とする仕組みであ
の回収率を 80 ％とする。また、回収された金属 B はすべ
る。
て製品 C の製造のために再利用されるものとする。年間の
⑤ 1990 年以降の新規の植林、再植林による二酸化炭素の
天然資源 A の消費量、および金属 B の生産量を一定とす
吸収量を、温室効果ガス排出削減量に含めることができる。
るとき、製品 C の 1 トンの生産のために投入される総エネ
ルギー量（金属 B の生産と回収のためのエネルギー、およ
［設問 32］原子力発電所と天然ガス火力発電所により、1 ヵ
び製品 C の製造エネルギーの合計値）
は、次のうちどれか。
月間、ある地域に電力を供給することを考える。原子力発
電所は、対象とする月の最小電力負荷［kW］に等しい出力
① 0.8y ＋ 0.5x
② 0.8y ＋ 0.6x
④ y ＋ 0.6x
⑤ y ＋ 0.7x
③ y ＋ 0.5x
で運転し、それ以上の電力需要は天然ガス火力発電所によ
り供給されるものとする。このとき原子力発電所の容量に
余裕があると、最小電力負荷が大きくなった場合に原子力
［設問 30］炭素税を、
「石炭、石油、天然ガスなどの化石燃
発電所の出力を増やすことができる。今、1 ヵ月間の総電
料に、その炭素の含有量に応じて課する税金」としたとき、
力需要を一定として、その期間の最小電力負荷が 10 万 kW
この炭素税についての記述のうち、誤っているものはどれ
増加したときの二酸化炭素排出量の削減量に最も近い値は、
か。
次のうちどれか。天然ガス火力発電所の二酸化炭素排出量
を炭素換算で 0.13 kg/kWh とし、原子力発電所からの二酸
①炭素税導入の目的の一つとして、化石燃料価格上昇によ
化炭素排出量は無視できるものとする。
る化石燃料消費抑制効果が期待されている。
②炭素税の必要性は、第一次石油危機前にも世界中で広く
① 1,000 炭素換算トン
② 5,000 炭素換算トン
認識されていた。
③ 10,000 炭素換算トン
④ 50,000 炭素換算トン
③ヨーロッパでは既に、炭素税に相当した税金を導入して
⑤ 100,000 炭素換算トン
いる国がある。
④炭素税が各種企業の年間総売上げに及ぼす影響は、企業
［設問 33］平成 14 年 6 月に施行された「エネルギー政策基
の活動内容によって異なる。
本法」
の第 1 条に、この法律の目的が示されている。この条
⑤炭素税が太陽光発電や原子力発電の発電単価に及ぼす影
文において、（a）から（e）までに入る言葉として正しい組合
響は、石炭火力発電の発電単価に及ぼす影響よりも一般に
せは①∼⑤のうちどれか。
小さくなる。
（目的）
［設問 31］京都議定書に関する次の記述のうち、誤ってい
第一条 この法律は、エネルギーが
（a）
の安定向上並びに国
るものはどれか。
民経済の維持及び発展に欠くことができないものである
とともに、その利用が（b）の環境に大きな影響を及ぼす
①日本は、2008 年から 2012 年の平均の年間温室効果ガス
ことにかんがみ、エネルギーの（c）に関する施策に関し、
排出量を、1990 年の値に比べて 6 ％削減することになって
基本方針を定め、並びに（d）の責務等を明らかにすると
いる。
ともに、エネルギーの
（c）
に関する施策の基本となる事項
②京都議定書で対象とされる温室効果ガスは、二酸化炭素
を定めることにより、エネルギーの
（c）
に関する施策を長
とメタンの 2 種類である。
期的、総合的かつ計画的に推進し、もって（b）の環境の
③日本で消費する財の生産のために海外で排出された温室
保全に寄与するとともにわが国及び世界の経済社会の
（e）
効果ガスは、日本における温室効果ガス排出量には含めな
に貢献することを目的とする。
い。
④排出量取引などの京都メカニズムとは、たとえ日本国内
での温室効果ガス排出量を京都議定書記載のとおりに削減
62
①
a）国民の福祉 b）地球 c）
供給
d）企業及び地方公共団体 e）
持続的な発展
原子力eye
②
⑤ ηt ＝ η21 ＋η22
a）文化的生活 b）地域 c）
消費
d）
地方公共団体 e）
適度な発展
③
Ⅴ．各設問の解答と解説
a）国民生活 b）自然 c）
需給
■
［設問 29］
の解答と解説
d）
企業 e）
適度な発展
④
⑤
a）国民の福祉 b）全世界 c）消費
正解は④。
d）
国民一人一人 e）
恒久的な発展
製品 C のリサイクル生産が定常状態になると、天然資源
a）国民生活 b）地域及び地球 c）
需給
A から 0.2 トン／年、製品 C から 0.8 トン／年、製品 B が
d）
国及び地方公共団体 e）持続的な発展
製造される。天然資源 A から製品 B を 0.2 トン製造するの
に必要なエネルギー量は 0.2x である。製品 C から製品 B
［設問 34］下表は日本における 1980 年度から 2000 年度ま
を 0.8 トン製造するのに必要なエネルギー量は 0.8 × 0.5x
での、一般電気事業用として報告されている主要な電源の
である。製品 B から製品 C を製造するのに必要なエネルギ
発電電力量の推移を示したものである。この表における a
ー量は y である。したがって、製品 C を 1 トン生産するた
∼ e の電源の組合せで正しいものは①∼⑤のうちどれか。
めに投入される総エネルギー量は、
y ＋（0.2x ＋ 0.8 × 0.5x）
＝ y ＋ 0.6x
（単位 億 kWh）
1980 年度
1985 年度
1990 年度
1995 年度
2000 年度
a
820
1,590
2,014
2,911
3,219
b
747
1,267
1,639
1,918
2,479
c
219
572
719
1,172
1,732
d
954
807
881
854
904
e
2,089
1,448
1,951
1,510
868
（資源エネルギー庁（編）
エネルギー 2004（（株）
エネルギーフォーラム）267 ペ
ージのデータより作成）
となる。
■
［設問 30］
の解答と解説
正解は②。
1973 年 10 月の第四次中東戦争をきっかに始まった第一
次石油危機前に、炭素税は未だ世界中で広く認識されてい
なかった。二酸化炭素排出削減を目的とした炭素税は、1990
年前後より欧州を中心に導入されてきた。
①
a）原子力
b）
石油
c）LNG
d）
石炭
e）水力
①正しい。炭素税を付加することで消費が抑制される。
②
a）LNG
b）
石炭
c）原子力 d）
石油
e）水力
③正しい。既にデンマーク、フィンランド、ノルウェー、
③
a）原子力
b）
LNG
c）水力
d）
石油
e）石炭
スウェーデン、オランダ、ドイツで導入されている。
④
a）LNG
b）
原子力 c）水力
d）
石炭
e）石油
④正しい。鉄鋼、セメントの企業が影響を受けやすい。
⑤
a）原子力
b）
LNG
d）
水力
e）石油
⑤正しい。太陽光発電や原子力発電は化石燃料を使用しな
c）石炭
いので炭素税の影響は小さい。
［設問 35］
タービンなどの熱機関を直列につないで熱効率を
向上させる手段があり、これを活用したものが、ガス火力
■
［設問 31］
の解答と解説
発電などのコンバインドサイクルシステムである。η1、η2
正解は②。
の熱効率をもつ熱機関を 2 台直列につないだ場合の総合熱
京都議定書では、二酸化炭素（CO2）、メタン（CH4）以外
効率ηt を表す式として正しいものは次のうちどれか。な
に、一酸化二窒素
（N2O）
、フロン類
（HFCs、PFCs、SF6）
の
お、熱効率は、注入された熱量と排出された熱量の差を、
6 つの地球温暖化の原因となる温室効果ガスの排出削減義
注入された熱量で割った値で定義される。
務などを定めた。
①正しい。しかし、2002 年度の国内排出量は 7.6 ％増えて
① ηt ＝η1 ＋η2 −η1 ×η2
おり、このままでは目標達成が困難な状況である。
② ηt ＝η1 ＋η2
③正しい。温室効果ガスの排出権取引の一部分である。
③ ηt ＝ 1 −η1 ×η2
④正しい。京都メカニズムとは、温室効果ガス削減のため
2
1
2
2
④ ηt ＝η ＋η −η1 ×η2
Vol.53 No.3 （2007年 3月号）
に行う植林活動などのほか、他国の排出権を購入したり、
63
より削減コストの低い国へ資金提供や投資を行い、その排
■［設問 35］の解答と解説
出削減量を自国の削減量に還元することができるという世
正解は①。
界を巻き込んだ社会的な仕組みを意味する。
1 台目の熱機関に入る熱量を Q、1 台目から出る熱量を
⑤正しい。京都議定書では
「樹木による吸収 CO2 吸収分」
を
X1、直列につないだ 2 台目から出る熱量を X2 とすれば、
削減目標の達成に活用できるとしている。
Q − X1
＝η1
Q
■
［設問 32］
の解答と解説
∴ X1 ＝ Q（1−η1）
正解は③。
5
1 トン＝ 1,000 kg、10 万 kW ＝ 10 kW、1 ヵ月間＝
24 × 30 ＝ 720 h なので二酸化炭素排出量の削減量は、
1
0.13 × ×
105 × 720 ＝ 9,360 10,000 炭素換算トン
1,000
になる。
X1 − X2
＝η2
X1
∴ X2 ＝ X1（1−η2）＝ Q（1−η1）
（1−η2）
Q−X2 Q−Q（1−η1）
（1−η2）
ηt ＝ ＝
＝ 1−
（1−η1（
）1−η2）
Q
Q
∴ηt ＝η1 ＋η2 −η1 ×η2
■
［設問 33］
の解答と解説
正解は⑤。
エネルギー政策基本法は平成 14 年
（2002 年）6 月 14 日に
Ⅵ．おわりに
平成 19 年 8 月に実施される技術士第二次試験の改正案
公布、即日施行された。本法は、エネルギーの需給施策に
では、一般的専門知識を問う五肢択一式出題が廃止される。
関し、「安定供給の確保」、
「環境への適合」、及びこれらを
一方、10 月に実施される第一次試験は、従来どおり五肢択
十分に考慮したうえでの
「市場原理の活用」の三項目を基本
一式で出題されるが、第二次試験改正の影響を受けて問題
方針として定め、国・地方公共団体、事業者等の責務、エ
の難易度や傾向が変わる可能性がある。第一次試験受験予
ネルギーの需給施策の基本事項を定めることにより、施策
定者は、過去に出題された第一次試験問題6）に加えて第二次
を長期的、総合的かつ計画的に推進するものである。基本
試験の択一式問題7）にも目を通しておくことが有効であると
法は企業に対する具体的かつ個別的な規制事項は定められ
考える。
ていないが、
「事業者の責務」
として
（1）
エネルギーの効率的
な利用、（2）エネルギーの安定的な供給、
（3）地域、地球の
環境保全に配慮したエネルギーの利用、
（4）
国、地方公共団
体のエネルギー需給施策への協力があげられている5）。
■
［設問 34］
の解答と解説
正解は⑤。
わが国は 1973 年と 1979 年の二度の石油危機を経て、電
力の長期安定供給を確保するための基盤整備として石油代
替エネルギーへの転換に努めてきた5）。石油代替エネルギー
として原子力発電所の建設を進め、近年では原子力が全電
参考文献
1）文部科学省 科学技術・学術審議会 技術士分科会資料「平成 18 年度技術
士第一次試験実施大綱」
http://www.engineer.or.jp/examination_center/application_guidance/
2006taikou1.PDF
2）文部科学省告示第 136 号
「技術士法施行規則の規定に基づき、第 1 次試験
の専門科目の範囲及び第 2 次試験の選択科目の内容を定める件の全部を改
正する件」平成 15 年 8 月 18 日
3）日本技術士会 HP 平成 18 年度技術士第一次試験問題の正答
http://www.engineer.or.jp/examination_center/correct_answer/first/
2006/4_20.pdf
4）
「原子力がひらく世紀」、日本原子力学会編、1998
5）原子力百科事典 ATOMICA
6）「原子力 eye」2006 年 4−6 月号：平成 17 年度技術士第一次試験「原子力・
放射線部門」
専門科目の解説（上）
、（中）
、（下）
7）「原子力 eye」2006 年 1−2 月号：平成 17 年度技術士第二次試験「原子力・
放射線部門」
必須科目（択一式）の解説
（上）
、
（下）
力量の 1/3 に達している。このことから a）
が原子力である
ことが分かる。次に石油危機直後の 1980 年度に発電電力
量が最も多かった電源は石油であったはずなので、e）が石
油であることが分かる。したがって、a）
が原子力、e）が石
油であることから、正しいのは⑤であることが分かる。念
のため、⑤は d）を水力としており、20 年間に電力量の推
移が小さいことから、正解であることが確認できる。
64
執筆担当；栗原良一（くりはら・りょういち）
（独）日本原子力研究開発機構 原子力研修センター
技術士
（原子力・放射線、総合技術監理）
原子力eye