[원자력기사 기출풀이] 2018년 핵재료공학 및 핵연료관리 6 ~ 10번

26. U-235의 농축을 위해 UF6 기체분자를 이용한 기체확산법을 사용할 때 이론적인 분리계수는 얼마인가? (단, 235U의 질량수는 238, F의 질량수는 19로 가정)
    ① 1.004289    ② 1.006363   ③ 1.008596    ④ 1.012766

 

기체확산법 : U-235와 U-238의 질량수 차이에 따른 확산속도 차이를 이용하는 방법이다.

분리계수 : 한 단위분리공정에서 농축되는 정도를 나타내는 것으로, 농축 후 농축류의 U-235/U-238 을 감손류의 U-235/U-238로 나눈 것

 

기체확산법에서 분리계수는 그레이엄의 확산법칙을 따른다.

$$\alpha =\sqrt{\frac{M_2}{M_1}}=\sqrt{\frac{238+19*6}{235+19*6}}=1.004289$$

 

정답 : 1

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27. 핵연료 피복관의 결함 여부를 알 수 있는 방법이 아닌 것은?
    ① 옥소 방사능 분석 
    ② 지발 중성자 검출
    ③ 중성자속 기울기 측정 
    ④ 코발트 방사능 분석

 

 

아이오딘과 지발중성자는 핵분열로 생성되는 것이므로, 원칙적으로 피복재 안에 잘 격납되어있어야 한다.

피복재에 결함이 생긴다면 두가지가 냉각재 내에서 검출이 될 것이다.

 

중성자속 기울기  측정 : 제어봉을 삽입하고 인출하면 중성자속은 변하게 된다. 손상된 핵연료가 근처에 있다면 이 중성자속 변화가 평소와 다르게 왜곡된다. 이를 관찰하여 결함 여부를 판단하는 방법이다.

 

코발트 방사능 분석 : 코발트는 방사화부식생성물로, 피복재가 손상되지 않더라고 ,냉각재에 원래 존재한다. 따라서 이를 통해 파손여부를 확인할 수 없다.

 

 

 

정답 : 4

 

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28. 사용후핵연료 중간저장시설의 핵심적인 안전요소로서 가장 거리가 먼 것은?
    ① 핵임계 방지    ② 피복관 단열   ③ 방사선 차폐    ④ 방사성물질 격납

 

 

피복관이 단열이 잘되면 안된다. 계속해서 생성되는 붕괴열을 잘 제거하려면 열전달이 잘되어야 한다.

 

 

 

정답 : 2

 

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29. 우라늄 동위원소 분리방법에 대한 설명으로 틀린 것은?
    ① 전기분해 공정은 전력소모가 많으나 분리계수가 높아 우라늄 동위원소 분리공정에 많이 이용된다.
    ② 기체확산법은 분리계수가 거의 1에 가깝기 때문에 많은 단계의 케스케이드(Cascade) 작업이 필요하다.
    ③ 노즐분리법은 원심력 차이를 이용한 분리 방법이다.
    ④ 질량확산법은 동위원소 간 확산 속도차를 이용한 방법이다.

 

 

 

2번 : 기체확산법은 분리계수가 작다. 그래서 더 많은 단수가 필요하다. 캐스케이드는 직렬로 연결된 분리단을 의미한다. 여러 캐스케이드를 통해 계속 반복해서 원하는 농축도까지 농축한다.

 

3번 : 노즐법은, UF6와 수소기체를 섞어 노즐을 통해 초음속으로 곡면을 향해 분사시키는 방법이다. 분사된 기체는 원심효과와 산란효과에 의해 무거운 원자가 벽쪽에 더 많이 분포하게 되고 이를 칼날로 나누면 농축이 된다. 즉, 원심력을 이용하는 것이 맞다.

 

4번 : 질량확산법이 기체확산법이랑 같은 방법인 것 같은데, 동위원소 질량차이에 의한 확산속도가 다르다는 점을 이용해 격막으로 분리하는 것이다.

 

 

전기분해공정은 뭔지 모르겠다. 농축 관련해서는 들어본적이 없고, 재처리할 때는 쓰인다. 

 

정답 : 1

 

 

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30. 가압경수로 원자로냉각재에 존재하는 방사성핵종의 생성 원인으로 옳지 않은 것은?
    ① 삼중수소의 주요 생성원은 B, Li, H 등의 중성자 반응과 삼중핵분열이다.
    ② C-14 생성의 대부분은 N-14와의 (n,p) 반응이다.
    ③ 방사성 부식 생성물은 일차냉각재계통의 금속 표면에서부터 유래한다.
    ④ N-16 생성의 대부분은 O-16과의 (n,p) 반응이다.

 

 

1번 경수로에서 삼중수소 생성과정은

$$  ^6Li(n, \alpha )T$$

$$ ^{10}(n,2\alpha)T$$

과 삼중핵분열이다.

삼중핵분열은 핵분열할 때 드물게 3개의 핵분열생성물로 분열되는 것을 말하는데 그 때 삼중수소가 나온다.

 

 

2번 C-14의 생성과정은 다음과 같다.

 

 C-14는 반감기가 길어 폐기물의 관리기간이 길어지기 때문에 원전 운영에서 중요한 핵종이다.

대부분의 반응은 O-17에서 나오고, 적은 양이 N-14로부터 나온다.

따라서 경수로보다 중수로에서 훨씬 많이 나오는데, 중수를 농축하는 과정에서 자연스레 O-17도 같이 농축되기 때문이다.

 

 

3번 : 방사화부식생성물은 냉각재계통의 배관, 기기 등의 금속표면이 부식되어 떨어져 나온 것이다.

 

4번 : N-16의 생성과정은

$$ ^{16]O(n,p) ^{16}N$$

이다. N-16은 6 MeV가 넘는 아주 높은에너지의 감마선을 방출하는데, 반감기가 10초가 채 안된다.

 

정답 : 2