2018년도 원자력기사 필기 기출 해설(핵재료공학 및 핵연료관리 21~25)

 

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2018년도 원자력기사 필기 기출 해설(핵재료공학 및 핵연료관리 21~25)

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문 21) 금속재료의 부식 형태에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?
➀ 점식(Pitting)은 금속 표면의 부동태막(Passive film)이 파괴된 좁은 부위에 집중적으로 부식이 진행되는 형태이다.
➁ 입계부식(Intergranular corrosion)은 합금원소의 농도차이에 의해 생기는 결정립계와 기지(Matrix) 간의 전기 화학적 반응성의 차이로 발생한다.
➂ 응력 부식은 합금에서 응력이 존재하면 발생되는 부식으로, 합금의 종류에 관계없이 발생한다.
➃ 고온산화 시 산화물 핵의 생성 속도는 금속 표면의 결함과 불순물 등에 따라 달라진다.

★ 키워드: 부식

 

외부 환경으로부터 화학적 작용에 의해 금속재료가 약화되거나 파괴되는 부식 현상은 핵연료를 비롯한 계통 및 기기 등의 파손 원인이다. 부식은 전면부식과 국소부식으로 분류할 수 있는데, 국소부식에는 전지부식, 틈새부식, 점식, 마모부식, 입계부식, 응력부식 및 수소취화 등이 있다.

① 점식(Pitting)은 금속 표면의 부동태막(Passive film)이 파괴된 좁은 부위에 집중적으로 부식이 진행되는 형태이다. - (O) 금속 표면의 좁은 부위, 보호피막의 부분적 파괴 부위 또는 비균질 재질 등과 같이 화학적 활성이 큰 부위에서 집중적으로 일어나며, 부식의 진행속도가 매우 빠르고 단시간 내 금속 내부로 깊이 진행하는 부식은 점식(Pitting)이다.
② 입계부식(Intergranular corrosion)은 합금원소의 농도차이에 의해 생기는 결정립계와 기지(Matrix) 간의 전기 화학적 반응성의 차이로 발생한다. - (O) 금속의 규칙적인 결정면보다 상대적으로 화학적 활성도가 큰 결정입계부식은 결정경계의 불순물이나 특정 금속의 과잉 또는 결핍에 의해 발생한다.
③ 응력 부식은 합금에서 응력이 존재하면 발생되는 부식으로, 합금의 종류에 관계없이 발생한다. - (X) 응력부식은 부식성 환경에서 금속재료가 인장응력을 받아 취성파괴되는 현상이다. 일반적으로 순금속보다는 주로 합금에서 발생하는데, 합금 종류에 따라 응력부식을 유발하는 환경이 다르다.

④ 고온산화 시 산화물 핵의 생성 속도는 금속 표면의 결함과 불순물 등에 따라 달라진다. - (O) 고온산화 단계에서 전위, 개재물, 결정립계 등 금속 표면에 결함이나 불순물에 의해 산화핵 생성이 가속화된다.

정답: ③

 

문 22) 방사성폐기물 자체처분 규정에 대한 설명 중 틀린 것은?
➀ 희석을 통해 허용농도를 만족시켜야 한다.
➁ 허용농도 미만일 때 자체 처분할 수 있다.
➂ 허용선량을 만족할 때 자체 처분할 수 있다.
➃ 허용기준 만족 시 방사선관리구역 외부 저장소에 임시로 저장할 수 있다.

★ 키워드: 방사성폐기물 자체처분

원자력안전위원회 고시(방사성폐기물 분류 및 자체처분 기준에 관한 규정)에 따라 방사성폐기물 자체처분의 허용기준과 자체처분 폐기물 관리규정을 규정하고 있다.

① 희석을 통해 허용농도를 만족시켜야 한다. - (X) 제8조(행위제한) 제2항에 따라 자체처분 허용농도 또는 자체처분 허용선량을 만족시키기 위하여 임의적인 혼합 또는 희석의 방법으로 방사성폐기물을 처리하여서는 안 된다.
② 허용농도 미만일 때 자체 처분할 수 있다. - (O) 제6조(자체처분 허용기준) 제1항에 따라 자체처분 허용농도 미만인 방사성폐기물은 자체처분할 수 있다.
③ 허용선량을 만족할 때 자체 처분할 수 있다. - (O) 제6조(자체처분 허용기준) 제2항에 따라 자체처분 허용선량을 만족하는 것이 입증된 방사성폐기물은 자체처분할 수 있다.
④ 허용기준 만족 시 방사선관리구역 외부 저장소에 임시로 저장할 수 있다. - (O) 제9조(자체처분 대상 폐기물의 관리) 제2항에 따라 자체처분사업자가 자체처분 허용농도 또는 자체처분 허용선량을 만족함을 자체적으로 확인한 방사성폐기물 중에서 「방사선안전관리 등의 기술기준에 관한 규칙」 제3조제2항제4호에 따른 방사선관리구역 반출기준을 만족하는 폐기물은 강우 또는 바람 등에 의한 오염의 확산가능성이 없는 사업소 내의 방사선관리구역 외부의 저장장소에 임시로 저장할 수 있다.

정답: ①

 

문 23) 사용후핵연료 재처리 전 물속에 저장했을 때 얻을 수 있는 효과가 아닌 것은? 
➀ 기체 핵분열생성물 제거
➁ 방사능 감소
➂ 붕괴열 감소
➃ 재처리 시 취급 용이

★ 키워드: 사용후핵연료 습식저장

재처리 또는 영구처분 등 사용후핵연료를 최종처분하기 전까지는 중·장기적인 저장·관리가 요구된다. 사용후핵연료의 습식저장은 고농도의 붕산수로 채워진 저장조에 사용후핵연료를 저장하는 방식이다.

① 기체 핵분열생성물 제거 - (X) 냉각수에 용해되지 않는 한 기체상의 핵분열생성물은 저장시설의 대기로 방출된다. 핵분열생성물이 연료봉 밖으로 방출되지 않도록 피복재의 건전성을 유지하는 것이 중요하다. 설령 방출되더라도 방사성물질의 격납을 위해서 저장시설에 환기 및 배기계통을 갖추어야 한다. 습식저장 방법 자체가 기체 핵분열생성물을 제거하는 효과를 낸다고 볼 수는 없다. 
② 방사능 감소 - (O) 저장조에 일정 기간 저장함으로써 사용후핵연료의 방사능을 감쇠, 지연킬 수 있다. 사용후핵연료의 취급 측면에서 저장조 냉각수의 일정 수위를 유지하여 취급자가 받는 방사능(피폭선량)을 저감할 수 있다.
③ 붕괴열 감소 - (O) 사용후핵연료의 방사성핵종이 붕괴하면서 발생시키는 열은 사용후핵연료의 건전성을 저해할 수 있기 때문에 저장조의 냉각수가 붕괴열을 효과적으로 제거 및 감소시킨다.
④ 재처리 시 취급 용이 - (O) 습식저장으로 방사능과 붕괴열이 감소하면, 재처리를 위한 취급이 용이하다. 재처리 전 습식저장할 경우 Np-239의 베타붕괴로 Pu239의 회수가 높아진다.

정답: ①

 

문 24) 핵연료 소결체 제조공정이 아닌 것은?
➀ 균질혼합공정
➁ 소결공정
➂ 화학적 처리공정
➃ 연삭공정

★ 키워드: 선행핵주기 성형가공

성형가공은 농축 및 변환된 우라늄은 일련의 과정을 거쳐 사용가능한 형태(펠렛~연료집합체)로 제조하는 단계이다. 그중 소결체 제조공정은 핵연료봉 피복관에 장입되는 이산화우라늄 펠렛을 만드는 공정으로 다음과 같은 과정을 거쳐 제작된다.

○ 핵연료 소결체 제조공정
- 분말 전처리: 균질화(homogenization), 조립(graulation), 밀링(milling) 또는 첨가제 혼합
·분말 특성 균질화를 위한 이산화우라늄 혼합, 적절한 소결밀도를 얻기 위해 밀링 또는 첨가제 첨가
·AUC 공정으로 생산된 분말은 유동성이 좋아 전처리공정 불필요
- 압분: 프레스를 사용하여 일정 치수 및 밀도를 갖는 원통형 펠렛으로 압분 
- 소결: 기계적 강도를 높이기 위해 고온의 수소분위기의 소결로에서 가열, 고밀화 및 냉각
- 연삭: 일정한 소결체 직경을 얻기 위해 연삭 
- 건조: 소결체 표면의 수분 제거(노내 피복재 수소화 방지)
- 연료봉 제조(피복관 장입)

① 균질혼합공정 - (O) 소결체를 만들기 전 불균질한 이산화우라늄 분말을 전처리한다. 이산화우라늄 분말의 균질화를 위해서 혼합기로 혼합하는 공정을 거친다.
② 소결공정 - (O) 기계적강도가 약한 이산화우라늄 압분체의 강도를 높이기 위해 수소나 탄산가스 분위기의 소결로에서 고온으로 가열하여 환원 및 고밀화한 뒤 냉각한다.
③ 화학적 처리공정 - (X) 소결체 제조공정 중 이산화우라늄 분말을 화학적으로 처리하는 공정은 없다.
④ 연삭공정 - (O) 소결체 압분 시 밀도 편차 발생에 따라 소결공정에서 고밀화 정도에 차이(소결체 직경이 조금씩 다름)가 발생한다. 이때 소결체를 피복관에 장입하면 피복관 내면과의 접촉 간격이 일정하지 않으므로 핵연료 노내 연소 시 불균일한 열 방출이 문제가 될 수 있다. 이를 방지하기 위해 연삭기를 이용하여 소결체의 직경을 동일하게 만드는 것이 연삭공정이다. 

정답: ③

 

문 25) 사용후핵연료의 재처리 목적이 아닌 것은?
➀ 유용한 핵분열성 물질 회수
➁ 방사성 핵분열생성물 제거
➂ 장기보관을 위해 사용후핵연료 중의 방사성물질을 안전한 형태로 변화
➃ 사용후핵연료의 방사능 감소

★ 키워드: 사용후핵연료 재처리

사용후핵연료로부터 여러 종류의 핵종들을 분리 정제함으로써 사용후핵연료를 재활용할 수 있도록 처리하는 것이 재처리이다. 재처리의 목적은 사용후핵연료의 재사용을 위해 우라늄 또는 플루토늄을 분리 및 회수(①)하고, 사용후핵연료의 고방사성 핵분열생성물을 분리 및 제거(②)함으로써 취급 및 관리를 용이하게 하며, 사용후핵연료를 안전하게 장기적으로 저장 및 보관(③)하기 위해 사용후핵연료를 물리화학적으로 변환(③)하는 것에 있다.

④ 사용후핵연료의 방사능 감소 - (X) 사용후핵연료의 방사능을 감소시키기 위해 재처리를 하는 것은 아니다. 

정답: ④

 

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1. 최초작성(2020. 6. 9.)
2. 1차수정(2021. 9.26.)