[원자력기사 기출풀이] 2016년 원자력기초 6 ~ 10번

 

6. 지발중성자에 대한 설명 중 틀린 것은?
   ① 원자로 정지 시 생성도 중지된다.
   ② 분열 생성물에서 방출된다.
   ③ 대략 KeV 영역의 에너지를 가진다.
   ④ 원자로 제어에 중요한 역할을 한다.

 

핵분열 시 2 ~ 3개의 중성자가 방출된다.

대부분의 중성자는 핵분열하는 순간에 핵분열생성물과 함께 방출되는데

1 %도 안되는 작은 비율로 뒤늦게 나오는 중성자가 있다. 이들을 지발중성자라고 부른다.

지발중성자는 불안정한 핵분열생성물이 베타붕괴한 다음 후속적으로 방출되는 중성자이다.

 

1. 원자로가 정지되면 즉발중성자는 생성이 정지된다. 하지만 핵분열생성물이 붕괴하면서 지발중성자는 일정기간까지는 좀 더 나온다.

 

2. 분열생성물이 붕괴하면서 방출한다.

 

3. 지발중성자의 평균에너지는 500 keV 정도이다. 즉발중성자의 평균에너지인 2 MeV보다 낮다.

 

4. 아주 작은 비율로 존재하지만 지발중성자가 없다면, 원자로의 주기는 너무 짧아져 사람이 제어할 수 없을 정도이다. 지발중성자가 중성제 세대시간을 대폭 늘려주어 사람이 제어할 수 있을 정도로 주기를 늘려준다.

 

 

정답 : 1

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7. 원자로 주기(Period)가 5초인 원자로의 출력을 1 KW부터 높이기 시작하였다. 30초 후 원자로 출력은 약 얼마인가?
   ① 285 KW    ② 318 KW     ③ 403 KW   ④ 472 KW

 

원자로의 주기 : 원자로 출력이 e 배 변하는데 걸리는 시간.

주기가 5초이면, 원자로 출력이 e 배 걸리는데 5초가 걸린다는 뜻이다.

 

원자로 출력 P(t)와 주기 $\tau$, 시간 t는 다음과 같은 관계에 있다.

 

$$P(t) = P(0)*e^{t/\tau}$$

 

P(0) = 1 kW, t = 30 sec를 대입하면

 

30초 후 원자로출력은 403 kW이다.

 

정답 : 3

 

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8. 원자로 내에서 독물질을 사용하면 증배계수가 감소하게 되는 주된 원인은 무엇인가?
   ① 중성자 생성계수의 감소   ② 공명이탈확률의 감소
   ③ 열중성자 이용률 감소    ④ 속분열인자의 감소

 

 

독물질이란, 중성자 흡수단면적이 큰 물질로, 핵연료가 흡수해가야할 중성자를 대신 흡수해가 유효증배계수를 떨어뜨린다.

즉, 열중성자 이용률을 감소시킨다.

열중성자 이용률 = 핵연료에 흡수된 열중성자 / 모든 구조물에 흡수된 열중성자

 

정답 : 3

 

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9. 다음 중 경수형 원자로의 노심 주기길이와 관련이 없는 것은?
   ① 냉각재 내 붕소농도 ② 제어봉의 반응도 값
   ③ 가연성 독물질 ④ 핵연료 농축도

 

 

노심의 주기는 핵분열 연쇄반응을 더 이상 지속할 수 없을 때 끝이난다.

 

우선 주기 시작 시, 충분한 초과반응도가 있는 상태에서 운전을 시작한다.

이 초과반응도는 붕산수와 가연성독물질로 제어하여 반응도 = 0인 임계상태를 유지한다.

 

주기가 진행되면, 핵연료는 연소되고 독물질이 쌓인다. 이렇게 부반응도가 생기는 만큼 가연성독물질이 연소되고, 붕산수를 희석시키면서 반응도를 계속 0으로 유지하여 운전을 계속한다.

 

그러다가 가연성독물질이 다 연소되고, 붕산수를 전부 희석시켰는데도 반응도가 음수가 된다면 어떤 방법으로도 임계를 유지할 수 없어서 주기가 끝나게 된다. 그럼 원자로를 멈추고, 핵연료를 다시 재장전한 뒤 다음 주기 운전을 시작한다.

 

발전소에서는 제어봉을 전부 인출한 상태에서 운전을 한다. 제어봉은 운전 중에 어차피 전부 뽑혀 있으므로 주기동안의 잉여반응도 감소를 보상해주는 역할을 하지 못한다. 따라서 제어봉은 주기길이와 관련이 없다.

 

 

 

 

정답 : 2

 

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10. 원자로 내 한 지점에서 다음과 같은 자료를 가진다. 이 지점에서 단위체적, 단위시간 당 핵분열 반응의 수는? (단, 중성자 밀도 10^9 /cm^3, 거시적 분열단면적(∑f)는 0.1 /cm, 중성자 속도 v는 2,200 m/sec)
    ① 1.2×10^12 /cm^2ㆍsec    ② 2.2×10^20 /cm^2ㆍsec
    ③ 1.2×10^13 /cm^2ㆍsec    ④ 2.2×10^13 /cm^2ㆍsec

 

 

단위체적 단위시간당 핵분열 반응수는 반응률 R 을 의미한다.

반응률 R은 중성자속과 거시적단면적의 곱이다.

 

중성자속은 중성자밀도와 중성자의 속도의 곱이므로,

 

$$R=\Sigma\phi = \Sigma nv = 2.2 * 10^{13} fission / cm^2 / sec$$

 

이다.

 

정답 : 4