2014년도 원자력기사 필기 기출 해설(원자로운전과 안전 21~25)

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2014년도 원자력기사 필기 기출 해설(원자로운전과 안전 21~25)

 

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문 21) 다음 원자로 정상운전 중 냉각재펌프(RCP)의 기능에 해당하지 않는 것은?
➀ 원자로 기동시 냉각재를 가열하는 열원을 제공한다.
➁ 원자로 노심에서 증기발생기로 열을 전달한다.
➂ 냉각재의 수질을 정화하는 기능을 제공한다.
➃ 발전소 정상운전중 가압기 분무 구동력을 제공한다.

★ 키워드: 원자로냉각재펌프(RCP)

 

원자로냉각재펌프(RCP)는 운전 중 원자로냉각재계통(RCS)의 냉각재를 강제 순환시켜 노심에서 생성된 열을 제거하고 2차측 핵증기공급계통으로 열에너지를 전달할 수 있도록 구동력을 제공한다. 또한 발전소 기동시 핵분열반응 발생 이전 상온정지(60℃)에서 고온정지(304℃)까지 냉각재를 순환시켜 냉각재와 RCS 배관의 마찰열을 발생시킴으로써 냉각재를  가열한다.

➀ 원자로 기동시 냉각재를 가열하는 열원을 제공한다. - (O) 냉각재를 강제 순환시켜 냉각재-배관의 마찰열로 냉각재를 가열한다.
➁ 원자로 노심에서 증기발생기로 열을 전달한다. - (O) 노심에서 핵연료의 연소로부터 방출된 열을 증기발생기로 전달한다.
➂ 냉각재의 수질을 정화하는 기능을 제공한다. - (X) 1차측 냉각재의 수질 관리는 화학 및 체적제어계통(CVCS)이 담당한다.
➃ 발전소 정상운전중 가압기 분무 구동력을 제공한다. - (O) 가압기 살수 배관은 저온관(Cold leg)에 연결되어 있으므로 보아 RCP가 분무 구동력을 제공한다는 것을 유추할 수 있다.

정답: ③

 

 

문 22) 핵연료를 교체 장전하여 운전을 시작하면 노심의 반응도는 급격히 감소한다. 그 이유 중 가장 큰 것은?
➀ 연료의 연소 
➁ 제논(Xe)의 증가
➂ 냉각재 온도 변화
➃ 사마리움(Sm)의 증가

★ 키워드: 노내 제논 거동

가압경수로는 12~18개월을 주기로 핵연료 교체 및 예방정비를 위해 원자로를 정지시킨다. 원자로가 정지하면 중성자 흡수물질인 제논(Xe-135)이 축적(Build-up)*되고, 노심 반응도가 급격히 감소한다. 이렇게 축적된 Xe으로 인해 재기동 시 임계 및 출력운전에 어려움이 발생한다. 따라서 이러한 Xe의 변화를 예측하고 최적화된 재기동 전략을 수립하는 것이 안전과 경제성을 확보하는데 필수적이다.

 

*원자로 정지 시 U-235 핵분열은 감소(→ Xe-135 생성 감소)하고, 기 생성된 I-135 방사성붕괴는 지속(→ I-135가 모두 소멸할 때까지 Xe-135 생성 유지)되며, Xe-135의 중성자 독작용(흡수작용)은 감소(→ Xe-135 소멸 감소)한다. 전체적으로 원자로 정지 시 Xe-135는 증가하다가 감소하며, 초기 Xe-135 농도보다 높은 수준에서 축적된 상태로 평형을 이룬다.

 

④ 사마리움(Sm)의 증가 - (X) Xe과 마찬가지로 중성자를 흡수하는 독물질로 작용한다. 하지만 Sm은 Xe에 비해 흡수단면적이 작고, 그 기여도가 작기때문에 기동시 급격한 반응도 감소의 가장 큰 기여인자라고 볼 수 없다. 반응도평형 계산시 Sm에 의한 부반응도는 U-238 변환 결과 생성되는 플루토늄(Pu-239)에 따른 정반응도 수준으로 상쇄시키기도 한다.

정답: ②

 

문 23) 원전 출력운전중 갑자기 발전기 전력부하가 증가하였다. 이에 따른 원자로출력(P)과 냉각재 평균온도(T)의 변화로 맞는 것은?
➀ P 증가, T 감소
➁ P 증가, T 증가
➂ P 감소, T 증가
➃ P 감소, T 감소

★ 키워드: 부하 불균형 시 발전소 변수 거동

원전 출력운전 중 갑작스럽게 발전기 전력부하가 증가했다는 것은 1차측의 원자로 출력과 2차측의 터빈 발전기 출력에 불균형(원자로 출력<터빈 발전기 출력)이 발생했다는 것을 의미한다. 다시 말해 노심의 열을 흡수하여 증기발생기로 전달하는 것보다 더 많은 에너지를 2차측에서 가져간다는 것이다. 따라서 2차측에서 1차측의 열을 많이 가져간 만큼 원자로냉각재의 온도는 감소(T 감소)하고, 냉각재(감속재) 온도 및 연료 온도 감소에 따라 음(-)의 반응도 궤환(feedback) 현상이 발생하여 정반응도 삽입 및 출력이 원자로 출력이 증가(P 증가)하게 된다.

정답 ①

 

문 24) 다음 중 국제원자력기구(IAEA)의 사고 고장 등급(INES) 평가에 사용되지 않는 요소는?
➀ 심층방어 영향
➁ 방사성물질의 소내 영향
➂ 방사성물질의 소외 영향
➃ 방사선 비상계획서 이행 여부

★ 키워드: 국제원자력사고등급(INES)

 

국제원자력사고등급(INES)의 안전성 기여 인자에는 소외 영향, 소내 영향, 및 심층방어 약화가 있다. 선지 중 INES 기준에 속하지 않는 '방사선 비상계획서 이행 여부'가 정답이다.

정답: ④

 

 

문 25) 다음의 발전소 계통 중 포화상태가 아닌 것은?
➀ 가압기 내 Steam Space
➁ 증기발생기 내 Steam Space
➂ 고압터빈 내 Steam
➃ 저압터빈 내 Steam

★ 키워드: 원전 계통수 상(phase)변화

발전소 원자로냉각재계통(RCS) 및 핵증기공급계통(NSSS) 내 유체(냉각재)는 상(phase) 변화를 통해 노심의 열에너지를 터빈의 운동에너지 및 발전기의 전기에너지로 변환한다.

➀ 가압기 내 Steam Space - (O) 가압기 내부 냉각재는 액체와 기체가 대략 6:4 정도의 비율로 공존하는 포화상태이다.
➁ 증기발생기 내 Steam Space - (O) 증기발생기 운전 상태에따라 액체-기체 비율이 달라지지만, 증기발생기 2차측에서 증기를 생성하므로 포화상태이다.
➂ 고압터빈 내 Steam - (O) 증기발생기에서 생성된 습증기(포화증기)는 고압터빈으로 들어간 후 습분분리재열기를 거쳐 저압터빈으로 흐른다.
➃ 저압터빈 내 Steam - (X) 고압터빈을 지난 습증기는 습분분리재열기를 걸쳐 99% 이상의 건도를 지닌 건증기(불포화증기)가 되어 저압터빈으로 들어오기 때문에 저압터빈 내 증기는 포화상태라고 할 수 없다.

정답: ④

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1. 최초작성(2021. 9.20.)