2019년도 원자력기사 필기 기출 해설(핵재료공학 및 핵연료관리 21~25)

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2019년도 원자력기사 필기 기출 해설(핵재료공학 및 핵연료관리 21~25)

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문 21) 가압경수로형 원자로 일차냉각재의 방사화학적 운전제한조건의 하나로 관리되는 E(Average energy per disintegration)에 대한 설명으로 가장 거리가 먼 것은?
➀ 알파 핵종은 고려하지 않는다.
➁ N-16(반감기 7.13초)은 고려하지 않는다.
➂ I-131(반감기 8.02일)은 고려한다.
➃ Xe-133(반감기 5.24일)은 고려한다.

★ 키워드: 붕괴 당 평균에너지

 

미국 시험재료학회(ASTM)의 기술기준(ASTM D5411-93) 문서에서는 원자로냉각재 내 방사성핵종 혼합물의 방괴당 평균에너지를 계산함으로써 냉각재 내 비방사능 제한치를 결정하는 방법론을 제시하고 있으며, 원자로의 운전제한조건으로 관리·규제하고 있다.

○ 방사성핵종 혼합물에 대한 붕괴당 평균에너지(이하 E)는 알려진 혼합물구성으로부터 계산되며, 이때 E는 전체 베타·감마 방출 에너지(MeV)를 총 붕괴율로 나눈 값으로 구한다.
○ E를 계산하는 데 있어 방사성 핵변환으로 방출되는 모든 에너지가 포함된다. 즉, X선, Auger 전자, 변환전자의 형태로 방출된 에너지뿐만 아니라 베타입자와 감마선의 형태로 방출된 모든 에너지가 이 계산에 포함된다.
○ 샘플 안에 있는 모든 핵종이 E 계산에 포함되는 것은 아니다. 전형적으로 반감기가 10분보다 작은 방사성핵종과 요오드 및 감마 분광기에 사용되는 핵종들(95% 이하의 신뢰도)은 보통 계산에 포함되지 않는다.
○ 분석을 위해 수집되는 냉각재 내 생플들은 적어도 2EFPD(유효전출력운전일) 후에 수집되어야만 하고, 원자로가 48시간 또는 그 이상 동안 미임계상태에 있어야 하므로 20일의 power operation 동안 붕괴되어야 한다.
○ 샘플에서 규정된 모든 적용 가능한 감마선원과 비감마선원의 농도를 Ci/cc 또는 Ci/g 단위로 측정하여 도표화한다. 샘플에서 전형적으로 발견되는 방사성동위원소는 방사성 불활성기체, 삼중수소, C-14, Sr-89, Sr-90, Y-90 등의 순 베타 방출핵종, Co-60와 같은 베타/감마 방출핵종, Fe-55와 같은 전자포획 동위원소, 냉각재 부유물 및 CRUD 등이 있다.

① 알파 핵종은 고려하지 않는다. - (O) 베타와 감마의 에너지를 고려하며 알파 핵종은 고려하지 않는다.
② N-16(반감기 7.13초)은 고려하지 않는다. - (O) 반감기 10분 이하의 방사성핵종은 붕괴당 평균에너지 계산에 고려하지 않는다.
③ I-131(반감기 8.02일)은 고려한다. - (X) 방사성 요오드는 붕괴당 평균에너지 계산에 고려하지 않는다.
④ Xe-133(반감기 5.24일)은 고려한다. - (O) 방사성 제논은 불활성기체로 붕괴당 평균에너지 계산에 고려한다.

정답: ③

 

문 22) 방사성 세슘(Cs)이 함유된 액체 방사성폐기물을 혼상이온교환수지(세슘 제염계수 2)로 처리한 후 다시 양이온교환수지(세슘 제염계수 10)로 처리할 경우, 해당 처리계통의 제염계수 및 제거효율(%)을 바르게 나열한 것은?
➀ 12, 80%
➁ 12, 95%
➂ 20, 80%
➃ 20, 95%

★ 키워드: 제염계수

 

제염계수(Decontamination factor, DF)는 방사성물질에 의한 오염의 제거를 나타내는 척도로서, 통상 제염(처리) 전 방사능(농도)을 제염(처리) 후 방사능(농도)으로 나눈 값으로 정의한다. 제염계수가 클수록 방사성오염 물질이 효과적으로 제거되었음을 의미하며, 제거효율은 제염 전 방사능(농도)에 대한 제염 후 제거된 방사능(농도)의 효율(%)이다.

직렬로 연결된 제염설비(요소) 전체의 제염계수는 각 제염설비(요소)의 제염계수 곱과 같다. 따라서 문제의 혼상이온교환수지와 양이온교환수지 전체의 제염계수는 20(2×10=20)이다. 다시 말해 제염 전 방사능이 100인 오염이 제염하여 방사능이 1/20, 즉 5가 되었음을 의미한다. 따라서 제거효율은 (100-5)/100 = 95%이다.

정답: ④

 

문 23) 방사성폐기물 처리의 기본 원칙 중 틀린 것은?
➀ 연소 및 방출
➁ 농축 및 저장
➂ 희석 및 분산
➃ 지연 및 붕괴

★ 키워드: 방사성폐기물 처리 기본원칙

 

원자력시설 등에서 발생하는 방사성폐기물은 작업자 피폭 및 오염물 부피를 최소화하고, 폐기물의 물리화학적, 방사선적으로 안정시키며, 수송 및 처분에 적합한 형태로 전환하기 위해서 다양한 방법으로 처리됩니다. 

① 연소 및 방출 - (X) 국내에서 고체 방사성폐기물의 소각(연소)은 금지되고 있다. 방사성폐기물 처리 기본 원칙과 거리가 멀다.
② 농축 및 저장 - (O) 장기간의 관리가 필요한 방사성폐기물(특히 중·고준위 폐기물)은 부피를 줄이고 방사성물질을 농축하여 저장·격리시킨다.
③ 희석 및 분산 - (O) 저준위의 액체 또는 기체방사성폐기물을 배출관리기준 이하로 방사능 준위를 낮추어 대기 또는 해양으로 방출한다.
④ 지연 및 붕괴 - (O) 반감기가 짧은 핵종을 함유한 방사성폐기물을 일정기간 저장하여 방사능과 붕괴열을 감소시킨다.

재사용 및 재활용이 가능한 방사성폐기물은 제염하여 사용(재활용)하고, 폐기물의 부피를 감소(감용)시켜 방사성폐기물을 처리할 수 있다.

정답: ①

 

문 24) 액체 방사성폐기물의 처리 방법으로 가장 적합한 것은?
➀ 압축처리
➁ 원심분리법
➂ 해체처리
➃ 유리화

★ 키워드: 액체 방사성폐기물 처리

 

원자력시설 등에서 발생된 방사성폐기물은 작업자의 피폭을 줄이고 오염물의 부피를 최소화하며 최종적으로 수송 및 처분에 적합한 형태로 전환하기 위해 그 형태에 따라 적절한 방법으로 처리된다. 액체 방사성폐기물은 희석법, 응집침전법, 이온교환법, 증발법 및 역삼투압법 등의 방법을 이용한다.

① 압축처리 - (X) 압축이 가능한 고체 방사성폐기물을 압축처리하여 부피를 감소시킬 수 있다.
② 원심분리법 - (O) 방사성폐액(액체 방사성폐기물) 내 입자 방사성물질 및 부유 고형물을 원심분리기의 원심력을 이용하여 분리한다. 
③ 해체처리 - (X) 해체처리는 고체 방사성폐기물을 압축, 소각하기 적합한 형태로 절단하거나 분해하는 방법이다.
④ 유리화 - (X) 방사성폐기물 처리 결과 발생한 농축폐액이나 슬러지, 가연성 및 잡고체폐기물 등 고체 방사성폐기물을 수송과 보관에 적합한 형태로 만들기 위해 고화 처리(Solidification treatment)할 수 있다. 고화제로 유리제를 사용하는 것이 ‘유리화’이다.   

정답: ②

○ 액체 방사성폐기물 처리
- 희석법 : 저농도의 방사성폐액을 희석하여 방출 제한치 이하로 내보내는 방법
- 응집침전법: 방사성폐액에 응집제를 가해 방사성물질을 중화, 흡착, 슬러지로 침전시켜 제거하는 방법
- 이온교환법: 방사성폐액 내 이온상태의 방사성물질을 이온교환수지로 제거하는 방법
- 증발법: 비휘발성 방사성물질을 제거하기 위하여 폐액을 증발시키는 방법
- 역삼투압법: 수분만 투과시키는 막을 통하여 고농도의 폐액에 포함된 수분을 묽은 쪽으로 이동시켜 농축하는 방법
- 원심분리법: 입자 방사성물질 및 부유 고형물을 원심분리기의 원심력을 이용하여 분리하는 방법

○ 울진5,6호기 적용 원심분리기 개요도 및 제염계수

 

문 25) 원자력발전소에서 발생한 기체 폐기물(Xe-133)의 농도를 1/100로 줄리기 위해 필요한 지연 기간은 얼마인가? (단, Xe-133의 반감기는 5.27일이다.)
➀ 25.4일
➁ 35.4일
➂ 40.4일
➃ 50.4일

★ 키워드: 방사능 계산

 

'지연'은 방사성폐기물의 처리 원칙 중 하나로, 방사성폐기물을 일정 기간동안 저장하여 폐기물에 존재하는 방사성물질의 방사능을 감쇠시키는 것이다. 방사성핵종의 반감기와 초기농도를 알면 특정 농도까지 감쇠하기 위해 필요한 시간을 계산할 수 있다.

약 35일이 지나면 초기 농도의 1/100이 된다.

 

정답: ②

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1. 최초작성(2020. 6. 2.)
2. 1차수정(2021. 9.27.)