2012년도 원자력기사 필기 기출 해설(원자력 기초 01~05)

---

2012년도 원자력기사 필기 기출 해설(원자력 기초 01~05)

 

 

1. 개인이 작성한 풀이이므로 해설에 오류가 있을 수 있습니다.
2. 해설에 대한 저작권은 '플레이그라운드 포 뉴커스'에 있습니다. 다른 곳에 무단으로 전재하거나 재배포는 금지합니다.
3. 피드백은 환영입니다. 학습에 참고용으로 봐 주시되 설명에 오류가 있거나 미흡한 부분을 찾으셨다면, 언제든지 댓글 또는 이메일(pohongcha@naver.com)로 알려주세요.

---

문 1) 경수로의 제어봉 반응도가(Rod Worth)에 관한 설명 중 틀린 것은?
➀ 제어봉 반응도가는 제어봉의 삽입위치(높이)에 따라 변한다.
➁ 제어봉 반응도가는 독물질의 농도에 따라 변한다.
➂ 노심의 온도가 높아지면 제어봉 반응도가는 감소한다.
➃ 인근 제어봉과 거리가 가까우면 제어봉 반응도가는 작아진다.

★ 키워드: 제어봉 반응도가/제어봉 제어능(Rod Worth)

 

제어봉가(제어봉제어능)란, 제어봉집합체 단위길이 당 노심에 부가하는 부반응도의 크기(미분제어봉가) 또는 제어봉집합체 전체 삽입에 따라 노심에 부가하는 부반응도의 총량(적분제어봉가)이다.

제어봉가는 제어봉 위치, 제어봉간 간격, 독물질, 감속재 온도 효과, 재어봉 재질(구성물질), 노심 수명 등의 영향을 받는다.

○ 제어봉가(Control Rod Worth) 영향 인자
- 제어봉 위치: 노심 위치(축방향/반경방향)에 따라 달라지는 중성자속 분포의 영향
- 제어봉 간 간격: 그림자 효과로 인해 기존 제어봉의 제어봉가 감소
- 독물질: B, Xe, Sm 등 노내 중성자 독물질로 인해 제어봉가 감소(중성자 흡수 경쟁)
- 감속재온도 효과: 감속재 온도↑ → 중성자 감속↓(이주거리↑) → 제어봉 흡수 중성자 수↑(제어봉가 증가)
- 제어봉 구성물질: σa(흡수 단면적) 차이
- 노심 수명: 연료 연소(중성자속 변화 영향), 제어봉 연소(제어봉의 중성자 흡수능력 감소)
   
① 제어봉 반응도가는 제어봉의 삽입위치(높이)에 따라 변한다. - (O) 노심의 축방향 위치별 중성자속 크기에 따라 제어봉을 삽입할 때 제어봉가가 달라진다.(중성자속의 큰 곳에서의 반응도가>중성자속이 작은 곳에서의 반응도가)
② 제어봉 반응도가는 독물질의 농도에 따라 변한다. - (O) 붕산수, 핵분열생성물 등 노내 독물질과 제어봉이 중성자 흡수 경쟁에 따라 제어봉가가 달라진다.
③ 노심의 온도가 높아지면 제어봉 반응도가는 감소한다. - (X) 노심 온도 증가 → 감속재 온도 증가 → 중성자 감속 감소 → 제어봉 반응도가 증가
④ 인근 제어봉과 거리가 가까우면 제어봉 반응도가는 작아진다. - (O) 그림자 효과에 따른 제어봉가 감소

정답: ③

 

문 2) 출력이 1,000 MWth로 운전되는 원자로에 주기 초로 출력변화를 줄 때, 80초 후 출력은?
➀ 1,000 MWth
➁ 2,718 MWth
➂ 4,526 MWth
➃ 7,389 MWth

★ 키워드: 원자로주기

 

출력(중성자 수, 중성자속, 중성자밀도)가 지수함수적으로 상승(또는 감소)할 때 e(=2.71828, 자연대수)배 또는 1/e배가 될 때까지 걸리는 시간(단위: 초 또는 분)이다.

 

정답: ②

 

문 3) UO2 60톤(Ton)이 장전된 원자로가 정격 열출력 3,000MWth, 이용률 75%로 400일간 운전할 경우 연료의 평균 연소도는?
➀ 10,000 MWD/MTU
➁ 15,000 MWD/MTU
➂ 20,000 MWD/MTU
➃ 25,000 MWD/MTU

★ 키워드: 연소도

 

연소도는 노심에 장전된 핵연료가 원자로에서 인출될 때까지 핵분열반응으로 만든 에너지의 양으로, 단위 우라늄 중량당 발생한 열출력(MWD/MTU* 또는 GWD/kgU)으로 계산한다.
*MTU: Metric Ton Uranium

 

정답: ②

 

문 4) 다음 지발중성자에 대한 설명 중 맞는 것은?
➀ U-235의 핵분열 시 방출되는 중성자의 대부분을 차지한다.
➁ 평균수명이 약 13초이며, 원자로 제어에는 영향을 미치지 않는다.
➂ 원자로는 지발중성자만으로 임계유지가 가능하다.
➃ Pu-239는 U-235에 비해 지발중성자 분율이 더 작다.

★ 키워드: 지발중성자

 

핵분열성 물질의 핵분열 반응으로 2~3개의 중성자와 핵분열생성물이 방출된다. 핵분열생성물은 불안정하여 방사성붕괴(베타붕괴)하는데, 이때 방출되는 중성자가 바로 지발중성자이다.

➀ U-235의 핵분열 시 방출되는 중성자의 대부분을 차지한다. - (X) U-235의 핵분열 시 방출되는 지발중성자는 전체 중성자의 극히 일부(약 0.65%)만을 차지
➁ 평균수명이 약 13초이며, 원자로 제어에는 영향을 미치지 않는다. - (X) 평균수명 약 13초로 길기 때문에 중성자 전체 평균 세대시간을 증가시켜 원자로 제어를 용이하게 한다.
➂ 원자로는 지발중성자만으로 임계유지가 가능하다. - (X) 지발중성자만으로는 임계 유지 불가능
➃ Pu-239는 U-235에 비해 지발중성자 분율이 더 작다. - (O) Pu-239의 지발중성자 분율(β)은 0.0021로 U-235(β=0.0065)에 비해 작다.(β: U-238은 0.0157, Pu-241은 0.0049)

정답: ④

 

문 5) 국내에서 운전 중인 CANDU 원자로에 대한 설명 중 틀린 것은?
➀ 냉각재와 감속재로 모두 중수를 사용한다.
➁ 핵연료는 수평으로 설치된 압력관 내에 장전된다.
➂ 정상운전 중에 핵연료를 교체한다.
➃ 정상운전 중 출력은 흡수봉(Mechanical Control Absorber Rod)으로 제어한다.

★ 키워드: 가압중수로

 

중수로는 핵연료 냉각 및 열에너지 이동 매체로 중수(D2O)를 이용하는 발전용 원자로이다. 중수는 중성자 에너지를 감속시키는 감속재로도 이용되며, 천연우라늄 또는 저농축 이산화우라늄을 연료로 사용한다. 가압중수로와 비등중수로 두 가지 노형이 있으며, 가압중수로는 대표적으로 캐나다에서 개발된 CANDU(Canadian Deuterium Uranium)형 원자로가 있다. 국내에서는 월성 1~4호기가 가압중수로이다.(1호기 영구정지, 2~4호기 운영중)

① 냉각재와 감속재로 모두 중수를 사용한다. - (O) 천연우라늄을 연료로 사용하는 중수로에서는 중성자이용율을 높이기 위해 흡수단면적이 작은 중수를 냉각재 및 감속재로 사용
② 핵연료는 수평으로 설치된 압력관 내에 장전된다. - (O) ‘칼란드리아’라고 하는 압력관 내에 수평으로 핵연료 장입
③ 정상운전 중에 핵연료를 교체한다. - (O) 경수로와 달리 정상운전 중 유지되는 잉여반응도가 평균 0.8~2mk로 작아 운전 중 연료를 교체
④ 정상운전 중 출력은 흡수봉(Mechanical Control Absorber Rod)으로 제어한다. - (X) 중수로 흡수봉은 정상운전 중 완전 인출 상태. 정지할 필요는 없지만 급격한 출력 감발이 요구되는 경우, 중력으로 흡수봉을 떨어뜨린다. 부반응도가 불충분할 경우(ex. LZCS 평균 수위의 상승, 정출력오차의 증가 등), 흡수봉 삽입. 흡수봉은 정지봉과 같은 재질(Cd)이지만 안전계통이 아닌 제어계통으로 분류한다.

정답: ④

---

○ 함께 읽으면 좋은 글

(현재글) 2012년도 원자력기사 필기 기출 해설(원자력기초 01~05)
2012년도 원자력기사 필기 기출 해설(원자력 계통공학 01~05)
2012년도 원자력기사 필기 기출 해설(핵재료공학 및 핵연료관리 21~25)
2012년도 원자력기사 필기 기출 해설(원자로운전과 안전 21~25)
2012년도 원자력기사 필기 기출 해설(방사선이용 및 보건물리 41~45)

---

1. 최초작성(2021. 9.16.)