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문 1) 다음 중 가압경수로형 원전의 핵연료봉 내에서 온도분포(T)와 열중성자 분포(φ)를 바르게 나타낸 것은?
★ 키워드: 핵연료 온도분포/중성자 분포
선지 그림은 핵연료 펠렛을 축방향으로 자른 단면을 나타낸 그림이다. 연소 중인 핵연료 팰렛의 중심선(CL)을 기준으로 열중성자, 속중성자 및 온도 분포 양상은 다음과 같다.
펠렛 중섬선에서 온도와 속중성자속(flux)는 최대이다. 속중성자는 연료 표면으로 갈수록 감소하는 반면, 열중성자는 속중성자가 충분히 감속과정을 거친 후에 생성되기 때문에 연료 중심보다 가장자리에서 더 큰 값을 가진다.
정답: ①
문 2) 다음 중 냉각재 펌프에서 발생되는 공동(Cavitation) 현상에 대한 설명으로 틀린 것은? ➀ 펌프 진동의 원인이 된다. ➁ 펌프 회전체(Impeller) 침식의 원인이 된다. ➂ 압력(P)-온도(T) 운전제한 곡선에 영향을 미친다. ➃ 입구측 유체의 온도가 높을수록 발생이 억제된다.
★ 키워드: 공동(Cavitation) 현상
공동 현상은 배관이나 펌프 등을 흐르는 액체가 기화되는 압력까지 압력이 저하되는 부분에서 기화 및 기포가 발생되어 나타나는 현상이다. 펌프로 예를 들면, 펌프 흡입구 등 저압영역에서 압력이 유체의 포화압력보다 작아지는 경우 기포가 발생한다. 이렇게 생성된 기포가 임펠러 이면의 고압영역에서 파쇄되면 펌프 손상을 야기한다.
○ 공동 발생 조건 - 펌프와 흡입면 사이의 길이 가 길어지는 경우 - 펌프의 흡입구에 곡관부가 있는 경우 - 유량의 급격한 증가 - 특정 부위 온도가 높은 경우 ○ 방지 대책 - 회전수가 작은(비속도가 작은) 펌프 선택 - 굵고 짧은 흡입배관 사용 - 흡수관의 관 마찰손실↓ - 실흡수 양정을 가능한 작게 사용(펌프 고정위치를 흡수면에 가깝게 설치) 펌프 내 최저 압력이 포화증기압보다 높게 유지 - 강한 재질의 재료 사용 충분한 유효흡입수두 - 통수면적이 큰 스트레이너 - 계획 이상의 토출량 지양
① 펌프 진동의 원인이 된다. - (O) 공동 현상은 소음 및 진동의 원인이 된다. ② 펌프 회전체(Impeller) 침식의 원인이 된다. - (O) 침식 및 점식을 발생시켜 펌프 성능 저하의 원인이 된다. ③ 압력(P)-온도(T) 운전제한 곡선에 영향을 미친다. - (O) 공동 현상은 국부적 압력 저하이기 때문에 압력과 온도에 따라 제한적으로 운전해야 한다. ④ 입구측 유체의 온도가 높을수록 발생이 억제된다. - (X) 유체 온도가 높을수록 공동현상 발생 우려가 커진다. 동일 압력조건에서 온도가 높아지면 더 쉽게 포화에 다다를 수 있기 때문이이다. 예컨대 대기압에서 20℃ 순수(H2O)보다 99.99℃ 순수가 더 끓는점까지의 여유가 적다.
정답: ④
문 3) 다음 원자력발전소 2차계통에 대한 T-S 선도에서 증기발생기에 해당하는 구간은?
➀ 1 - 2 구간 ➁ 3 - 4 구간 ➂ 4 - 5 구간 ➃ 5 - 6 구간
★ 키워드: 열역학 사이클
① 1 - 2 구간 - (O) 증기발생기 구간 ② 3 - 4 구간 - (X) 습분분리재열기 구간 ③ 4 - 5 구간 - (X) 저압 펌프 구간 ④ 5 - 6 구간 - (X) 복수기 구간
정답: ①
문 4) 다음 중 가압경수로형 원자력발전소 1차계통의 산소농도와 붕산농도를 조절하며 냉각재펌프에 밀봉수를 공급하는 계통은? ➀ 화학 및 체적제어계통 ➁ 비상 노심냉각계통 ➂ 잔열제거계통 ➃ 발전소 보호계통
★ 키워드: 화학 및 체적제어계통(CVCS)
가압경수로에서 1차 계통의 산소농도 및 붕산농도를 제어하고, 원자로냉각재펌프(RCP)에 밀봉수를 공급하는 계통은 화학 및 체적제어계통이다.
① 화학 및 체적제어계통 - (O) 수질관리 및 RCP 밀봉수 주입은 CVCS이다. ② 비상 노심냉각계통 - (X) 비상노심냉각계통(ECCS)의 기능은 냉각재상실사고(LOCA) 등의 설계기준사고 시 노심 열제거 및 안전 정지 등이 있다. ③ 잔열제거계통 - (X) 노형에 따라 정지냉각계통(SCS)으로 불르기도 한다. 잔열제거계통(RHS)는 원자로 정지 후 붕괴열 및 기기 잔열 등을 제거한다. ④ 발전소 보호계통 - (X) 발전소보호계통(RPS)는 핵증기공급계통(NSSS) 상태를 감시하고 설정치 초과 시 원자로를 트립시켜 발전소 건전성을 유지한다.
정답: ①
문 5) 일본 후쿠시마 원전사고 시 원자로 건물 내에서 수소폭발이 발생하였다. 수소 발생의 주원인은? ➀ 냉각재 상실로 고온의 수증기가 연료 피복재와 산화 반응하여 발생 ➁ 계통 내 알루미늄 재질의 부식으로 발생 ➂ 물의 방사화로 인해 발생 ➃ pH 제어를 위해 주입한 냉각재 내의 수소 방출로 인해 발생
★ 키워드: 후쿠시마 원전사고
2011년 일본 후쿠시마 원전사고는 다음과 같이 전개되었다.
1) 지진 발생에 따른 원전 자동정지 및 일시 잔열제거, 소외전원상실로 비상발전기 가동 2) 쓰나미 타격 후 침수로 인해 모든 비상발전기 정지 3) 비상운전절차 수행, 노심냉각기능 상실로 잔열 축적 및 연료 손상 진행 4) 이동발전기 가동실패, 원자로 온도, 압력 증가 및 원자로 수위 감소 5) 노심노출, 과열로 인한 수소 생성(Zr + 물) → 수소 발생의 주원인(①) 6) 압력용기 배기, 1차 격납용기 압력 증가, 노심냉각기능 상실 지속 7) 노심노출, 과열 지속, 수소 생성 지속, 1차 격납용기 배기, 2차 격납용기 압력상승 8) 수소 집적, 수소 폭발
○ (참고) 원전 수소 생성원 - 용존 수소 방출(27%): 계통 압력이 용존 수소 포화압력 이하로 강하하는 경우 - 물의 방사성분해(39%): 중성자 및 감마선에 의한 방사분해 - 가압기 기포영역(18%): 가압기 수위 원전상실 시 냉각재 내 유입 - Zr-H2O 반응(16%): 노심 내 온도의 급격한 상승으로 반응 온도를 넘어서는 경우
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