61. 가압경수로형 원자력발전소 원자로 내에 가연성 독물질봉(Burnable Poison Rod)을 연료와 같이 장전한다. 가연성 독물질봉을 장전하는 목적으로 틀린 것은? ① 임계질량보다 많은 연료의 장전으로 인한 잉여반응도(Excess Reactivity) 보상 ② 노심의 반경방향 출력분포를 균일하게 유지 ③ 출력변화 시 제논(Xe) 농도 변화에 따른 반응도 보상 ④ 노심초기 수용성 붕소농도를 과도하게 높지 않도록 유지
가연성독물질봉 : 핵연료와 같은 모양으로 생겼는데, 안에 독물질이 혼합되어 들어가서 중성자를 잘 흡수하는 봉
1. 잉여반응도 보상 : 주기 초 임계질량보다 많은 핵연료를 장전해야 한다. 이 때 독물질봉이 이 초과분량의 잉여반응도를 억제해준다. 노심이 연소되면, 핵연료가 연소되면서 잉여반응도가 감소하지만, 독물질봉도 같이 연소되어서 중성자흡수능력이 적어지기 때문에, 노심은 임계를 유지한다.
2. 노심의 반경방향 출력분포는 중심이 높고 양 사이드가 낮은 볼록한 모양이다. 가연성 독물질봉은 중성자속이 더 높은 곳에서 더 큰 중성자를 흡수해주므로 가운데 부분의 중성자속을 낮추어 전체적으로 평평한 모양을 만들어 줄 수 있다. 이를 반경방향 출력분포를 균일하게 해준다라고 표현한다.
3. 가연성독물질봉은 고정되어 있고, 오로지 연소로만 감소되기 때문에, 제논 변화와 같은 수 ~ 수십시간에 걸친 반응도 변화는 제어해주지 못한다. 제논변화는 제어봉이나 붕산수로 제어해주어야 한다.
4. 궁극적으로 가연성독물질봉을 사용하는 이유이다. 가연성독물질봉을 쓰지 않고, 붕산수로만 잉여반응도를 제어할 수 있다. 그런데 그런 경우 붕소농도가 주기초에 너무 높아지고, 이것은 감속재온도계수가 정(+)이 되는 결과를 초래한다.
정답 : 3
62. 다음 중 가압경수로형 원자력발전소의 원자로 운전 시 긴급 붕산주입을 해야 하는 상황이 아닌 것은? ① 원자로 정지 시 제어봉이 완전히 삽입되지 않을 경우 ② 제어봉이 삽입 제한치 이상 위치할 경우 ③ 정상 붕산수 보충계통 고장으로 붕산수 주입이 불가능할 경우 ④ 원자로 정지 후 정지여유도 불만족 시
긴급 붕산주입은 부반응도를 주입해주겠다는 얘기인데, 1, 3, 4 번은 모두 부반응도가 필요한 상황이다.
제어봉이 높은 위치에 있는 것은 부반응도가 필요한 것은 맞지만, 삽입제한치 이상에 제어봉이 있는 것은 정상상황이다.
보기를 옳게 바꾸려면 "제어봉이 인출 한계 이상 위치할 경우" 가 되어야 한다.
정답 : 2
63. 원자력발전소 일반 설계기준에는 발전소 보호계통의 설계요건을 규정하고 있다. 다음 설명에 해당하는 것은? ① 다중성(Redundancy) ② 안전 정지(Fail to Safe) ③ 다양성(Diversity) ④ 시험성(Testability)
안전 정지, 고장시 안전 : 안전계통이 전원을 상실하거나 구동력을 상실한 경우, 안전에 유리한 방향으로 자동으로 작동하도록 설계하는 개념
예를들어 발전소의 전력공급이 차단되면, 제어봉이 이유불문 낙하하도록 하는 것이다.
정답 : 2
64. 원자로를 100 % 출력으로 운전(Xe 농도 평형)하다가 출력을 감소시켜 50% 출력으로 안정상태로 유지하고 있다. 이 때 원자로 내부의 제논(Xe-135) 농도변화에 대하여 바르게 설명한 것은? ① 출력 감소와 관계없이 일정 농도 유지 ② 출력 감소와 동시에 감소하여 초기 출력 때보다 높은 농도에서 안정 ③ 출력 감소와 동시에 감소하여 초기 출력 때보다 낮은 농도에서 안정 ④ 출력 감소 후 잠시 제논농도가 증가했다가 초기 출력 때보다 낮은 농도에서 안정
Xe-135 : 핵분열생성물로서 중성자흡수단면적이 큰 독물질이다. 제논의 양이 많아지면 중성자를 흡수해가 부반응도의 요인이 된다.
Xe-135의 생성원은 다음과 같다.
1. 선행핵종(I-135)의 베타붕괴
2. 핵분열로 인한 직접생성
Xe-135의 제거원은 다음과 같다.
1. 중성자를 흡수하여 Xe-136으로 전환
2. 베타붕괴하여 Cs-135 로 전환
출력이 일정한 상태, 정상상태에서 위 생성과 제거가 균형을 이루면서 제논의 양은 평형제논농도를 유지하며 일정하다.
그러다가 출력이 변동되면 평형상태는 잠깐 균형을 잃었다가 다시 평형을 되찾아 새로운 출력에 맞는 평형제논농도에서 유지가 된다.
출력 감발 시,
일시적으로 생성이 더 커진다. 제논농도는 잠깐 증가했다가 감소하여 새로운 평형제논상태를 찾아간다.
출력 증가 시,
일시적으로 제거가 더 커진다. 제논농도는 잠깐 감소했다가 다시 증가하여 새로운 평형제논 상태를 찾아간다.
아래 그림에서 출력 감발 시 제논농도가 잠깐 증가했다가 다시 감소하는 것을 볼 수 있다.
정답 : 4
65. 다음 각 원자로에 대한 설명 중 옳지 않은 것은? ① 가압경수로는 냉각재와 감속재로 경수를 사용하며, 1차 계통과 2차 계통으로 나뉘어 있어 방사선방호에 유리하다. ② 가압중수로는 냉각재와 감속재로 중수를 사용하며, 핵연료로 저농축 우라늄을 사용한다. ③ 비등경수로(BWR)는 냉각재와 감속재로 경수를 사용하며, 원자로에서 생산된 증기가 직접 터빈으로 공급되어 1차 계통과 2차 계통이 나뉘어 있지 않다. ④ 액체금속 고속증식로(LMFBR)은 냉각재와 감속재로 나트륨을 사용하며, 현재 상업 운전 중인 원전은 없다.
1.
가압경수로 : 1차측에서 핵분열이 발생하여 냉각재를 가열함. 가열된 냉각재가 증기발생기를 통해 2차측으로 열을 전달함. 2차측에서 물은 끓어 터빈을 돌림. 가압경수로는 1차측과 2차측이 격리되어 있다. 원칙적으로 핵분열은 1차측에서만 발생하므로 2차측의 방사능준위는 없다.
2. 가압중수로는 냉각재와 감속재로 모두 중수를 사용한다. 핵연료른 천연우라늄을 사용한다. 저농축우라늄을 사용하는 경수로와는 다르게 천연우라늄을 사용할 수 있는 이유는, 중수의 중성자흡수가 경수보다 훨씬 작기 때문이다.
3. 비등경수로 : 1차측에서 핵분열이 발생하고 물이 끓는다. 증기로 터빈을 돌린다. 즉, 증기발생기와 2차측이 없다.
4. 액체금속고속증식로 : 액체금속을 냉각재로 사용한다. 열전달이 크고, 상압상태, 운전온도에서 액체로 유지하기 쉬운 나트륨, 납 같은 액체금속을 사용한다. 고속로라는 뜻은 열중성자가 아닌 속중성자를 활용한다는 뜻이다. 그래서 나트륨 같이 감속능력이 좋지 않은 물질을 사용해도 된다. 증식로라는 뜻은, 핵원료물질에 속중성자를 흡수시켜 핵분열성물질로 전환시키겠다는 뜻이다. 과거 일본, 현재 러시아에서 실험로나 실증로는 있었지만 현재 상업로는 없다.
