[원자력기사 기출풀이] 2018년 핵재료공학 및 핵연료관리 1 ~ 5번

 

21. 액체폐기물 처리공정이 여과기, 증발기, 혼상탈염기로 구성되어 있을 경우, A 핵종에 대한 처리공정의 총 제염계수는? (단, A 핵종에 대한 여과기의 제염계수는 5, 증발기는 100, 혼상탈염기는 10으로 가정)
    ① 50     ② 500    ③ 5,000    ④ 10,000

 

 

제엄계수 = 처리 전 방사능 농도 / 처리 후 방사능 농도

 

세 장치가 직렬로 연결되어 있다면,

 

총 제염계수는 5 * 100 * 10 = 5000

 

 

정답 : 3

 

 

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22. 핵분열이 U-235에 의해서만 일어난다고 가정했을 대 가동율 90%, 출력 1000 MWe, 열효율 30%인 원전에서 연간 핵분열을 일으키는 U-235의 양은 몇 kg인가? (단, 1회의 핵분열시 200 MeV의 에너지가 방출된다고 가정)
    ① 약 2.6 kg    ② 약 392 kg    ③ 약 1.153 ton   ④ 약 1.431 ton

 

 

1년간 생성되어야 하는 에너지양은 열출력*운전일수로 구할 수 있다.

열출력*열효율 = 전기출력이고, 운전일수 = 365일 * 가동율이므로,

 

$$P [MeV] = \frac{1000*10^6 J/s * 365 d * 0.9 * 86400 sec/d }{0.3 * 1.602*10^{-13} J/MeV} = 5.9*10^{29} MeV$$

 

분열당 200 MeV의 에너지를 방출하므로

2.95e27 개의 원자가 핵분열해야한다.

 

U-235 0.602e24 개의 무게가 235 g 이므로 필요한 U-235의 양은 1.153 ton이다.

 

 

 

 

정답 : 3

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23. Sr-90(반감기 28.8년)과 Y-90(반감기 64시간)이 방사 평형상태에 있다. Sr-90의 방사능이 1,000 Bq일 때 Sr-90을 완전히 분리하여 32시간 경과 후 Sr-90과 함께 존재하는 Y-90의 방사능은 얼마인가?
    ① 약 100 Bq   ② 약 300 Bq    ③ 약 500 Bq   ④ 약 600 Bq

 

$$Sr-90 \rightarrow Y-90 \rightarrow Zr-90$$

 

연속붕괴하는데, Sr-90의 반감기가 훨씬 길고, Y-90은 짧다.

이런 관계에 있으면 영속평형 관계에 있다고 하고, 충분한 시간이 지난 후에는 Sr-90과 Y-90의 방사능이 같아진다.

문제에서 1000 Bq에서 완전히 분리했다라고 단서를 준 이유가 이것 때문이다.

분리를 안하고 문제를 시작하면, 처음부터 Sr-90과 Y-90 둘 모두 1000 Bq 씩 있을 것이다.

 

분리 후 Sr-90은 1000 Bq, Y-90은 0 Bq이다.  32시간은 영속평형에 도달하기에 충분한 시간이 아니다.

 

연속붕괴하는 경우, 딸핵종, 이경우 Y-90의 방사능은 다음과 같은 식을 따른다.

 

$$A_2(t)=\frac{\lambda_2}{\lambda_2-\lambda_1}A_1(0)(e^{-\lambda_1t}-e^{-\lambda_2t})$$

 

아랫첨자 1은 모핵종(Sr-90)을, 아랫첨자 2는 딸핵종(Y-90)을 나타낸다.

두 핵종의 붕괴상수와 $A_1(0) = 1000 $ 을 대입해보면

32시간 후 Y-90의 양은 약 300 Bq 이다.

 

 

 

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24. 사용후핵연료 중간저장시설의 구조 및 설비 기준으로 옳지 않은 것은?
    ① 해일, 태풍, 홍수 또는 지진 등의 자연 현상에 의한 손괴로 인해 방사선작업자에게 방사선 장해 발생 방지
    ② 사용후핵연료가 붕괴열 등에 의해 용융되는 것을 방지할 수 있는 냉각능력 유지
    ③ 사용후핵연료를 안전하게 취급하고 저장할 수 있는 방사선 차폐능력 유지
    ④ 화재 또는 폭발 등이 발생한 경우에도 안전성유지

 

방사선 안전관리 등의 기술기준에 관한 규칙 제 70조의 3

 

1. 사용후핵연료를 안전하게 취급하고 저장할 수 있는 방사선 차폐능력을 유지할 것

2. 사용후핵연료의 임계를 효율적으로 방지할 것

3. 사용후핵연료가 붕괴열 등으로 인하여 용융되는 것을 방지할 수 있는 냉각능력을 유지할 것

4. 해일ㆍ회오리바람ㆍ태풍ㆍ홍수ㆍ폭설ㆍ폭우 또는 지진 등의 자연현상에 의한 손괴로 인하여 일반인에게 방사선에 의한 장해가 발생하지 않도록 할 것

5. 화재 또는 폭발 등이 발생한 경우에도 안전성을 유지할 것

6. 기타 방사선 안전사고에 의한 방사성물질의 유출로 주변환경에 대한 방사성물질의 오염 또는 일반인에 대한 방사선피폭을 방지할 것

 

 

 

보기 1번 : "방사선작업종사자"가 "일반인"으로 바뀌어야 맞다.

 

 

 

정답 : 1

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25. 중수로 핵연료 제조공정에 필요한 단계가 아닌 것은?
    ① 변환(Conversion) 
    ② 재변환(Re-conversion)
    ③ 정광(Milling)
    ④ 정련(Refining)

 

 

중수로는 천연우라늄을 사용한다.

천연우라늄의 경우 농축이 필요없으며, 농축 후 재변환도 필요없다.

 

경수로의 경우

1. 채광 및 정련 : 우라늄 광산에서 우라늄을 채광하고 정련함

2. 변환 : 정련된 우라늄 정광을 농축하기 위해 UF6로 변환함

3. 농축 : UF6를 농축함

4. 재변환 : 농축된 UF6를 핵연료에 사용할 형태인 UO2로 다시 변환함

5. 핵연료집합체 제조

 

중수로는 위 과정에서,  농축과 재변환이 필요없다. 변환과정에서 바로 UO2로 변환시키고, 바로 핵연료집합체를 제조한다.

 

 

정답 : 2