物理の問題の解説お願いします。

こんにちは、高校１年生の者です。この核分裂の反応の問題が分かる方はいますでしょうか。

A fission reaction that occurs in a nuclear power plant is the result of the absorption of low energy neutrons by uranium-235.When a uranium-235 nucleus absorbs a neutron, it splits into two lighter nuclei. One example of such a reaction is:

U-235 ＋ n → Cs-137 + Rb-95 + 4n + energy

(a) The energy released during the reaction is 2.724 ×10^-11J. A nuclear power plant has an output of 8.21 GW (8.21 ×10^9W). Calculate the minimum mass of uranium-235 that would be used every hour. (The mass of an atom of uranium-235 is 390.3 × 10^-23).

とある解説では、
毎時に使用される最小量のウラン-235の質量 = (1時間あたりのエネルギー消費量) ÷ (1つの核分裂で放出されるエネルギーの量) ÷ (1つのウラン-235原子の質量)
という式があったのですが、あまり意味が分からなくて...。

この式の意味や、どうやってこの式を考えだしているのかなど、易しく解説してくれるとすごく助かります。
よろしくお願いいたします。

No.1 ベストアンサー 回答者： heidfeld 回答日時： 2023/03/04 17:22

①ウラン235の原子1個の質量は、

390.3×10^-23 g

②ウラン235の原子核1個あたり、発生するエネルギーは2.724×10^-11 J

③とある原子力発電所での発電量は8.21×10^9 W(=J/s)だが、これを実現するのに必要なウラン238原子は1時間毎にどれくらいの質量が最低限必要か？

上記のことが書いてあるので、
単純に計算するだけだと思います。

まず、③から、
毎秒8.21×10^9 Jのエネルギーを得るには、

②から、
毎秒(8.21×10^9)/(2.724×10^-11)個
のウラン235原子が必要です。

その質量は、①から、
毎秒(390.3×10^-23)×(8.21×10^9)/(2.724×10^-11) g
必要になります。

上記は1秒あたりに必要な質量であり、
求めているのは1時間あたりの質量なので、
上記に3600 (s/h)をかけて、

毎時3600×(390.3×10^-23)×(8.21×10^9)/(2.724×10^-11) g
のウラン235原子の供給が最低限必要となるだろうと思います。
(これはエネルギー変換効率100%での話)

この回答へのお礼

とても分かりやすく解説してくれて、ありがとうございます！助かりました...！

お礼日時：2023/03/05 09:02