エネルギーの利用（発電・放射線・原子力） ── 問題
基礎
- 燃料の化学エネルギー 1000 J のうち、電気エネルギーとして 320 J が得られた。変換効率は何 % ですか。
- 原子番号 53、質量数 131 の原子核に含まれる中性子の数はいくつですか。
- 次の発電方式のエネルギーの流れとして正しいものはどれですか。 火力発電 （ア 化学（燃料）→ 熱 → 運動（タービン）→ 電気 イ 核（核分裂）→ 熱 → 運動 → 電気 ウ 光 → 電気（太陽電池で直接） エ 位置（ダムの水）→ 運動 → 電気）
- 放射線の透過力を小さい順に並べたものはどれですか。 （ア α 線 ＜ γ 線 ＜ β 線 イ α 線 ＜ β 線 ＜ γ 線 ウ γ 線 ＜ β 線 ＜ α 線 エ β 線 ＜ α 線 ＜ γ 線）
- 同位体の説明として正しいものはどれですか。 （ア 陽子の数が同じで中性子の数が異なる原子どうし イ 質量数が同じ原子どうし ウ 電子の数が異なる原子どうし エ 中性子の数が同じで陽子の数が異なる原子どうし）
標準
- 半減期が 30 日の放射性同位体が、2 回の半減期を経たあと、もとの量の何分の 1 になりますか（分母の数を答える）。
- 半減期 8 日の放射性同位体が、もとの量の 1/16 になるまでに何日かかりますか。
- 効率 80 % の発電機で、2000 J のエネルギーを与えたとき得られる電気エネルギーは何 J ですか。
- 次の放射線の説明として正しいものはどれですか。 γ 線 （ア ヘリウムの原子核で、正の電荷を持ち、透過力は小さく紙 1 枚で止まる イ 中性子で、電荷を持たず、水やコンクリートで止める ウ 波長の短い電磁波で、電荷を持たず、透過力が最も大きく厚い鉛で止める エ 電子で、負の電荷を持ち、薄いアルミ板で止まる）
- 放射線に関する単位の組み合わせとして正しいものはどれですか。 （ア Bq：放射能の強さ（1 秒あたりの壊変数）、Gy：吸収線量、Sv：人体への影響を表す線量 イ Sv：エネルギー、Bq：質量、Gy：温度 ウ Gy：放射能の強さ、Bq：吸収線量、Sv：透過力 エ Bq：人体への影響、Sv：放射能の強さ、Gy：時間）
- エネルギーの利用について正しいものはどれですか。 （ア エネルギーの総量は保存されるが、熱に変わったエネルギーは他の形に完全には戻せないので、利用できるエネルギーは減っていく イ 熱エネルギーは 100% 電気に変換できる ウ エネルギーは使うと消えてなくなる エ エネルギーは形を変えると総量が減る）
発展
- 半減期 1600 年の放射性同位体を含む試料を調べたところ、含まれる量がもとの 1/16 になっていた。この試料は約何年前のものですか。
- 原子炉の制御棒の役割として正しいものはどれですか。 （ア タービンを回す イ 放射線を外に出さないように遮る ウ 燃料に熱を加えて反応を始める エ 中性子を吸収して核分裂の連鎖反応の速さを調節する）
- 太陽のエネルギー源として正しいものはどれですか。 （ア ウランの核分裂 イ 水素の原子核がヘリウムになる核融合 ウ 水素の燃焼（化学反応） エ 重力による位置エネルギー）
エネルギーの利用（発電・放射線・原子力） ── 解答
基礎
- 32 効率 ＝ 得られたエネルギー ÷ 与えたエネルギー × 100 ＝ 320 ÷ 1000 × 100 ＝ 32 %。
- 78 中性子数 ＝ 質量数 − 原子番号（陽子数）＝ 131 − 53 ＝ 78。
- ア 化学（燃料）→ 熱 → 運動（タービン）→ 電気 火力・原子力・地熱は熱でタービンを回す。水力は水の位置エネルギー、風力は風の運動エネルギー、太陽光は光を直接電気に変える。答え：化学（燃料）→ 熱 → 運動（タービン）→ 電気。
- イ α 線 ＜ β 線 ＜ γ 線 α は紙で止まり、β はアルミ板、γ は厚い鉛が必要。電離作用はこの逆の順。
- ア 陽子の数が同じで中性子の数が異なる原子どうし 同位体は原子番号（陽子数）が同じで質量数が違う。化学的性質はほぼ同じ。
標準
- 4 半減期 1 回ごとに 1/2 になるので、2 回で (1/2)^2 ＝ 1/4。
- 32 1/16 ＝ (1/2)^4 なので半減期 4 回分 ＝ 8 × 4 ＝ 32 日。
- 1600 得られるエネルギー ＝ 2000 × 80/100 ＝ 1600 J。
- ウ 波長の短い電磁波で、電荷を持たず、透過力が最も大きく厚い鉛で止める α 線 ＝ He 原子核（＋・透過小・電離大）、β 線 ＝ 電子（−・透過中）、γ 線 ＝ 電磁波（電荷なし・透過大・電離小）。答え：波長の短い電磁波で、電荷を持たず、透過力が最も大きく厚い鉛で止める。
- ア Bq：放射能の強さ（1 秒あたりの壊変数）、Gy：吸収線量、Sv：人体への影響を表す線量 ベクレル（放射能）・グレイ（吸収線量 J/kg）・シーベルト（人体影響）。
- ア エネルギーの総量は保存されるが、熱に変わったエネルギーは他の形に完全には戻せないので、利用できるエネルギーは減っていく エネルギー保存則は成り立つが、熱は拡散して利用しにくくなる（熱力学第 2 法則）。
発展
- 6400 1/16 ＝ (1/2)^4 → 半減期 4 回分 ＝ 1600 × 4 ＝ 6400 年前。
- エ 中性子を吸収して核分裂の連鎖反応の速さを調節する 核分裂で出た中性子が次の分裂を起こす（連鎖反応）。制御棒で中性子を吸収し反応を抑える。
- イ 水素の原子核がヘリウムになる核融合 太陽の中心では水素の核融合が起き、失われた質量が E ＝ mc² のエネルギーになる。
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