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문 21) 어떤 원자로의 감속재 온도계수 αMT = -1.5 × 10^-4 Δk/k/℃이다. 이 원자로의 감속재 온도가 15℃ 떨어졌을 때 투입된 반응도는 얼마인가? ➀ 0.01 × 10^-4 Δk/k ➁ -0.01 × 10^-4 Δk/k ➂ 2.25 × 10^-3 Δk/k ➃ -2.25 × 10^-3 Δk/k
★ 키워드: 반응도계수
감속재온도계수(MTC)는 감속재 온도 변화에 따른 반응도 변화량으로, 원자로 운전 중 MTC를 부(-)로 유지함으로써 갑작스런 출력 및 온도 상승에 따라 부반응도를 삽입하여 자기 출력을 제한하도록 설계한다.
문제에서 주어진 감속재온도계수(-1.5 × 10^-4 Δk/k/℃)와 온도 변화량(-15℃)을 이용하여 노심 반응도를 계산하면 다음과 같다.
정답: ③
문 22) 유효증배계수(keff)가 1.002일 때 반응도(ρ)는? ➀ 0.00199 ➁ 0.0199 ➂ 50.251 ➃ 502.51
★ 키워드: 반응도 계산
반응도는 원자로가 임계상태로부터 벗어나 있는 정도를 나타내는 무차원 양으로 다음과 같이 정의할 수 있다.
문제에서 주어진 유효증배계수(keff) 1.002를 식에 대입하여 반응도를 계산하면 아래와 같다.
정답: ①
문 23) 원자로 출력이 99%에서 유지되고 있다면 원자로는 다음 중 어느 상태로 운전되고 있는가? ➀ 초임계 ➁ 임계 ➂ 미임계 ➃ 알 수 없다.
★ 키워드: 임계/미임계/초임계
뉴턴 제1법칙인 관성의 법칙에 따르면, 물체는 운동을 변화시키는 힘이 없다면 물체의 운동 상태가 변하지 않는다. 원자로도 비슷하다. 노심(물체)에 어떤 반응도(외력)가 주입되지(가해지지) 않은 상태에서는 현재의 출력 또는 중성자속(운동상태)을 유지한다.
출력이 몇 %인지, 몇 MW인지 상관없이, 일정하게 유지된다는 말은 생성되는 중성자와 소멸되는 중성자가 동량인 임계상태라는 것을 의미한다. 만약 임계상태의 원자로에 정반응도가 주입된다면 출력은 시간에 따라 증가하고, 부반응도가 주입되어 소멸되는 중성자가 더 많아지면, 시간에 따라 출력과 중성자속은 감소한다.
설계기준사고 중 하나인 대형 냉각재상실사고(Large Break Loss Of Coolant Accident; LBLOCA)는 4개의 단계로 진행된다.
○ 1단계: 방출(Blowdown) - 냉각재상실사고 초기, 냉각재 압력이 원자로건물 내부 압력과 같아질 때까지 냉각재를 방출하는 단계 - 과냉각분출 → 이상분출 → 과포화분출 순서로 진행 ·과냉각 분출: 아주 짧은 시간 내 발생하는 분출, 물의 밀도변화 없이 포화압력이 될 때까지 압력 강하 ·이상(Two phase) 분출: 물과 수증기의 혼합 유체가 임계 흐름을 형성하면서 분출되는 단계, 온도가 감소하다가 다시 상승(엔탈피의 증가 → 열속>임계열속 → 피복재 온도 상승) ·과포화 분출: 노심 내 잔여 냉각재가 기화, 수위 감소 및 연료봉 노출로 용융 우려가 있는 단계 ○ 2단계: 충수(Refill) - 방출 종료 시점 ~ 안전주입탱크로부터 비상노심냉각수가 원자로용기로 주입되는 단계 ·초기: 노심의 압력이 높아 주입 냉각수 대부분이 파손 부위로 방출 ·시간이 충분히 경과하고 Bypass가 완료되면 노내 충수 시작 ○ 3단계: 재충전(Reflood) - 충수 완료 시점~연료온도 상승이 중단될 정도로 원자로용기가 비상노심냉각수로 채워지는 단계 ○ 4단계: 장기재순환(Long-Term Recirculation) - 연료의 붕괴열이 제거되면서 노심 온도가 하강하고, 장기 재순환유량이 형성되는 단계
따라서 LBLOCA의 진행단계는 ‘(B) → (A) → (D) → (C)’ 순서이다.
정답: ②
문 25) 가압경수로형 원자력발전소가 100% 출력운전 중 원자로냉각재펌프가 정지되어 원자로가 정지되었다. 이때 이루어지는 자연 순환(Natural circulation) 냉각 조건과 가장 거리가 먼 것은? ➀ 열 생성원(Heat source) ➁ 열 제거원(Heat sink) ➂ 열 제거원은 열 생성원보다 높은 곳에 위치 ➃ 열 제거원 용량 ≤ 열 생성원 용량
★ 키워드: 자연 순환
자연순환냉각(Natural Circulation Cooldown)은 원자로냉각재펌프(RCP)의 작동 불능(정지) 또는 소형 냉각재상실사고(SBLOCA) 발생으로 냉각재 강제유동이 상실되는 과도상태 발생시 증기발생기 건전성이 유지된다면, 노심에서 가열된 고온의 냉각재와 증기발생기에서 냉각된 저온의 냉각재 밀도 차이에 의해 과냉각상태를 유지하면서 원자로냉각재계통(RCS)을 냉각하는 것이다.
자연 순환의 기본 조건은 열 생성원(Heat source, ①) 및 열 제거원(Heat sink, ②)이 존재하고, 열 제거원은 열 생성원보다 높은 곳에 위치(③)하며, 열 구동력(온도 차이에 의한 밀도차)이 있어야 한다. 또한, 자연 순환을 유지하기 위해 가압기의 수위와 압력, 증기발생기의 수위가 유지되어야 한다.
④ 열 제거원 용량 ≤ 열 생성원 용량 - (X) 노심에서 생성된 열이 자연순환에 의해 제거
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