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 470 J が得られた。変換効率は何 % ですか。
- 原子番号 11、質量数 23 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 運動（風）→ 電気 イ 光 → 電気（太陽電池で直接） ウ 熱（地下）→ 運動 → 電気 エ 化学（燃料）→ 熱 → 運動（タービン）→ 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、3 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 30 日の放射性同位体が、もとの量の 1/32 になるまでに何日かかりますか。
- 効率 20 % の発電機で、1000 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 電子で、負の電荷を持ち、薄いアルミ板で止まる イ 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 ウ 中性子で、電荷を持たず、水やコンクリートで止める エ 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）
- 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、Gy：吸収線量、Sv：人体への影響 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 総量は保存されるが、使いやすい形のものは減る 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たびに総量が減っていく）
- ある放射性同位体を含む試料の 1 分間あたりの計数（自然放射線の分を除いたもの）は、はじめ 3200 だったが、18 日後には 400 になった。この放射性同位体の半減期は何日ですか。
- ある火力発電所では、燃料の化学エネルギーの 35 % が電気エネルギーになり、その電気の 95 % が送電の損失なく家庭まで届く。家庭で使える電気エネルギーは、燃料の化学エネルギーの何 % ですか。
- 放射線源と検出器の間に物を置き、1 分間の計数を比べた。 何も置かない｜1000 紙 1 枚｜980 アルミニウム板（厚さ 5 mm）｜40 鉛板（厚さ 5 cm）｜20 自然放射線の分は 1 分間に 20 である。この線源が主に出している放射線として最も適当なものはどれですか。 （ア α 線 イ γ 線 ウ α 線と γ 線 エ β 線）
- 同じ放射性同位体の試料で、量だけを 2 倍にして、残っている量の時間変化を調べた。半減期はどうなりますか。 （ア 変わらない イ 4 倍になる ウ 2 倍になる エ 半分になる）
発展
- 半減期 5730 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 蒸気でタービンを回す イ 放射線が外に出ないように遮って閉じこめる 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）
- 遺跡から出た木片の炭素 14 の割合を調べると、いま生きている植物の 1/4 だった。炭素 14 の半減期を約 5730 年とすると、この木が枯れたのはおよそ何年前ですか。 （ア 約 1 千 4 百年前 イ 約 1 万 1 千年前 ウ 約 2 万 3 千年前 エ 約 5 千 7 百年前）
エネルギーの利用（発電・放射線・原子力） ── 解答
基礎
- 47 効率 ＝ 得られたエネルギー ÷ 与えたエネルギー × 100 ＝ 470 ÷ 1000 × 100 ＝ 47 %。
- 12 中性子数 ＝ 質量数 − 原子番号（陽子数）＝ 23 − 11 ＝ 12。
- エ 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
- 8.0 半減期 1 回ごとに 1/2 になるので、3 回で (1/2)^3 ＝ 1/8。
- 150 1/32 ＝ (1/2)^5 なので半減期 5 回分 ＝ 30 × 5 ＝ 150 日。
- 200 得られるエネルギー ＝ 1000 × 20/100 ＝ 200 J。
- イ 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、Gy：吸収線量、Sv：人体への影響 ベクレル（放射能の強さ・1 秒あたりの壊変数）・グレイ（吸収線量 J/kg）・シーベルト（人体への影響を表す線量）。
- ア 総量は保存されるが、使いやすい形のものは減る エネルギー保存則は成り立つが、熱に変わったエネルギーは他の形に完全には戻せず、拡散して利用しにくくなる（熱力学第 2 法則）。
- 6.0 3200 → 400 は 1/8 ＝ (1/2) の 3 乗なので、18 日は半減期 3 回分。半減期 ＝ 18 ÷ 3 ＝ 6 日。
- 33 効率はかけ合わせる。35 % × 95 % ＝ 0.35 × 95 ＝ 33.25 ≒ 33 %。
- エ β 線 紙ではほとんど減らないので α 線は少ない。アルミニウム板でほぼ自然放射線の値まで減るので、主に β 線。γ 線が多ければアルミニウム板を通り抜ける。
- ア 変わらない 半減期は放射性同位体の種類で決まり、量には関係しない。量を 2 倍にしても、半分になるまでの時間は同じ。
発展
- 23000 1/16 ＝ (1/2)^4 → 半減期 4 回分 ＝ 5730 × 4 ＝ 22920 ≒ 23000 年前。
- エ 中性子を吸収して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。
- イ 約 1 万 1 千年前 1/4 ＝ (1/2)² なので半減期 2 回分。5730 × 2 ＝ 11460 で、約 1 万 1 千年前。
受験のしらべ ／ https://juken-shirabe.com/daigaku/science/pb-11/test/ ／ 問題は毎回の表示で数が変わります。印刷したものはその一例です。
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