[원자력기사 기출풀이] 2016년 원자력기초 11 ~ 15번

 

 

 

 

11. 잉여반응도는 원자로를 임계상태로 유지하기 위해 필요한 양 이상으로 장전된 반응도를 의미한다. 이러한 잉여반응도를 장전하는 이유 중 틀린 것은?
    ① 제논과 같은 독물질 생성     ② 핵연료 연소   ③ 플루토늄의 생성     ④ 출력결손

 

주기를 시작할 때, 반응도가 딱 0이되면, 원자로 운전을 시작하자마자 미임계가 되어 운전을 유지할 수 없다.

이를 방지하기 위해 임계량보다 더 많은 핵물질을 장전하여 반응도를 0보다 크게 하는데, 이를 잉여반응도라고 한다.

즉, 잉여반응도는 주기 진행 중 생기는 부반응도에도 임계를 유지할 수 있도록 해준다.

 

부반응도 요소는 다음과 같다.

1. 핵연료의 연소

2. 출력결손 - 냉각재와 핵연료 온도가 증가하면 반응도가 떨어진다.

3. 제논과 같은 독물질의 생성 - 핵분열 결과 생기는 분열생성물 중 중성자 흡수가 강한물질들.

 

 

플루토늄 생성은 정반응도 요소이기 때문에 오히려 임계유지를 도와주는 요소이다.

 

정답 : 3

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12. 다음 중 분열반응 및 원자로 열출력에 대한 설명으로 틀린 것은?
    ① 중성미자가 원자로 열출력에 기여하는 부분은 거의 없다.
    ② 핵분열반응을 통해 생성하는 에너지의 약 80%는 중성자의 운동에너지이다.
    ③ 핵분열 반응은 중성자의 핵분열이 가능한 핵연료와의 흡수반응 중의 하나이다.
    ④ 한 번의 핵분열 반응을 통해 얻을 수 있는 에너지는 약 200 MeV이다.

 

핵종마다 분열 시 에너지는 약간 상이하지만 대략 200 MeV 정도이다.

U-235가 핵분열 1회 시 발생하는 에너지는 아래와 같다.

이 200 MeV는 다양한 형태로 방출된다.

1. 분열생성물 운동에너지 : 169 MeV. 대부분이 이 형태로 방출된다.

2. 중성자 운동에너지 : 4.8 MeV

3. 즉발 감마선 : 7.0 MeV

4. 핵분열생성물이 붕괴하면서 내는 베타에너지 : 6.5 MeV

5. 핵분열생성물이 붕괴하면서 내는  반중성미자 : 8.8 MeV

6. 핵분열 생성물 붕괴 후 감마에너지 : 6.3 MeV

 

저렇게 생성된 에너지들이 원자를 진동시켜 온도를 올리고, 결국 냉각재를 통해 전달되어 우리가 에너지로써 사용하게 된다.

 

다만, 중성미자의 에너지는 우리가 사용할 수 없다. 반중성미자는 투과력이 매우 강하다. 원자로 구조물과 반응하지 않고 그대로 빠져나가기 때문에 중성미자의 에너지는 우리가 회수할 수 없고 버려지는 에너지이다.

 

 

정답 : 2

 

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13. 무한 원자로의 중성자 증배계수를 $k_{\infty} = ε * P * f * η$로 표현할 수 있는데 이 식에 대한 다음 설명 중 틀린 것은?
    ① P는 공명이탈확률로서 핵연료의 온도가 높아지면 중성자의 공명이탈확률이 작아지므로 증배계수를 감소시킨다.
    ② ε는 속핵분열에 의해 생겨난 중성자 수를 열핵분열에 의해 생겨난 중성자 수로 나눈 값이다.
    ③ f는 열중성자 이용률로서 핵연료 물질에 흡수되는 열중성자수를 원자로 물질에 흡수되는 총 열중성자수로 나눈 값이다.
    ④ η는 핵연료에 하나의 중성자가 흡수될 때마다 핵분열에 의해 새로이 생성되는 중성자 수이다.

 

$\epsilon$ : 속분열계수 = 속핵분열+열핵분열로 발생한 중성자 수 \ 열 핵분열로 발생한 중성자 수

 

P : 공명이탈확률. 공명흡수영역에서 흡수되지 않고 빠져나올 확률.

핵연료의 온도가 높아지면 도플러효과로 인해 공명흡수가 많아지고 공명이탈확률은 낮아진다. 결과적으로 증배계수를 감소시킨다.

 

f : 열중성자 이용률 = 핵연료에 흡수된 열중성자 수 / 모든 구조물에 흡수된 열중성자 수

 

$\eta$ : 핵연료에 흡수된 중성자 1개가 핵분열로 생성하는 중성자 수

 

 

 

정답 : 2

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14. 반감기가 5.2년인 Co-60 1 mg의 1년 후의 방사능은?
    ① 0.5 Ci   ② 1 Ci  ③ 1.5 Ci   ④ 2 Ci

 

 

방사능 A, 원자수 N, 붕괴상수 $\lambda$ 이면,

 

$$A = N\lambda$$

 

Co-60 1 mg의 원자수는

$$\frac{0.001}{60}*0.602*10^{24} = 1*10^{19}$$

 

따라서 1 mg의 방사능은

$$1*10^{19} * \frac{ln2}{5.2*365*24*3600}=4.24*10^{10} Bq = 1.146 Ci$$

 

1년 후 방사능은

 

$$1.146*e^{-\frac{ln2}{5.2*1}} = 1.00 Ci$$

 

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15. 다음 중 즉발중성자만으로도 핵분열에 사용된 중성자보다 많은 중성자가 생성되며 중성자수가 급격히 증가하여 제어가 불가능한 상태를 나타내는 반응도로서 맞는 것은?
    ① k ＞ 1 + 1.5β ② k ＞ 1 + 0.5β    ③ k ＞ 1 + 1β   ④ k = 1 + 0.5β

 

$\beta$ : 지발중성자 분율, 핵분열 시 생성되는 전체 중성자 중 지발중성자의 비율

 

지발중성자를 제외하고 즉발중성자만으로 임계에 도달하는 것을 즉발임계라고 하는데, 이 때에는 원자로 주기가 매우 짧아 제어가 불가능하다.

 

이번 세대의 중성자 갯수가 n 개이고 증배계수가 k 일 때, 다음 세대 중성자 개수는 nk 이다.

이 중 즉발중성자의 갯수는 $nk*(1-\beta)$ 개이다.

즉발임계를 만족하려면

$$nk*(1-\beta) = n $$

을 만족해야한다. 

따라서, 즉발임계 상태에서 증배계수는

$$k = \frac{1}{1-\beta}$$

이고, 이보다 크면 즉발초임계이다.

이 증배계수에 해당하는 반응도 값은, $\rho = \beta$ 이다.

 

 

복원이 잘못된 것 같다.

보기에 답이 없다.

정답 : 정답 없음.