[원자력기사 기출풀이] 2015년 원자로 안전과 운전 1 ~ 5번

 

 

61. 다음 중 원자로 건물 설계 시 고려되는 수소 발생원이 아닌 것은?
    ① 피복재의 물과의 반응
    ② 냉각재로부터의 발생 수소
    ③ 노심 및 집수조의 물의 방사선 분해
    ④ 원자로건물 내 설치한 탱크의 상부기체 배기

 

LOCA 시 수소발생원은 다음과 같다.

1. Zr 피복재와 물의 반응 $Zr + H_2O \rightarrow ZrO_2 + H_2$

 

2. 냉각재 내 용해된 수소의 수소의 방출. RCS에는 용존산소를 제거하기 위해 수소가 주입되는데, 그 수소가 방출됨

 

3. 계통의 금속재질과의 부식. 특히 Al, Zn. 물과 반응하여 수소를 생성한다.

 

4. 노심 과 집수조 물의 방사분해 $2H_2O \rightarrow 2H_2 + O_2$

 

정답 : 4

 

---

62. 다음은 원자로의 DNB 운전여유도를 증가시키는 요인을 맞게 나열한 것은?
    ① RCS 유량 증가, 유량 증가, 냉각재계통 압력증가, 출력 증가
    ② RCS 유량 증가, 평탄한 노심출력분포, RCS 압력증가, 출력 감소
    ③ RCS 온도 감소, RCS 압력 증가, SG 출력분포, 불균형 출력분포
    ④ RCS 온도 증가, 불균형 출력분포, RCS 압력감소, 부적절한 제어봉 삽입

 

 

 

 

DNB란 핵비등이탈을 뜻하는 말로, 위 그래프에서 점 a를 넘어서 오른쪽으로 가는 것을 말한다.

점 a(임계열유속)을 초과해 오른쪽으로 가면 전열면(피복재 표면)에서의 열전달효율이 급감하여 피복재의 온도가 갑자기 급하게 상승하여 매우 위험하다.

1차계통의 정상운전 범위는 II 영역인 과냉핵비등영역이다. DNB 여유를 증가시킨다는 것은, II에서 운전되면서 더 왼쪽으로 가도록, 더 안전해지도록 하는 것을 뜻한다.

 

더 왼쪽으로 가기 위해서는, 피복재 표면의 온도가 낮아지거나, 포화온도가 낮아지면 된다. ( 가로축 : 전열면 온도 - 포화온도)

 

RCS 유량 : 유량이 증가하면, 열전달이 더 잘되서 피복재 표면온도가 낮아지고 여유도는 커진다.

 

RCS 온도 : 온도가 증가하면 피복재 온도는 높아지고 여유도는 작아진다.

 

불균형 출력분포 : 출력분포가 불균형하면, 피복재  표면온도가 낮아지는 곳도 생기지만, 그만큼 피복재 온도가 높아지는 곳도 생긴다. 그 높아지는 곳에서는 점 a 에 가까워지므로 여유도는 낮아진다. 출력분포가 평탄하면 여유도는 커진다.

 

출력 : 출력이 낮아지면, 열발생량 자체가 적어지므로, 피복재 표면온도는 낮아지고 여유도는 커진다.

 

제어봉 삽입 : 제어봉이 삽입되면 출력이 낮아지므로 여유도는 커진다.

 

SG 열제거 증가 : 증기발생기에서의 열제거가 증가하면 피복재 표면온도는 낮아지므로 여유도는 커진다.

 

정답 : 2

---

63. 다음 중 원자로 기동 후 출력(100%)으로 운전동안 노심 전 수명기간에 걸쳐 반응도에 영향을 주는 인자로서 가장 거리가 먼 것은?
    ① 연료 연소    ② 플루토늄 축적    ③ 제논 축적    ④ 가연성독물질 소멸

 

원자로가 운전되는 동안 반응도는 여러가지 요인에 의해 변한다. 

요인들이 영향을 미치는 시간에 따라 단기, 중기, 장기 인자로 구분할 수 있다.

 

단기인자 : 핵연료 온도, 감속재 온도, 냉각재 압력, 기포량처럼 수초 혹은 수 분에 걸쳐 영향을 미치는 인자들

 

중기인자 : 수 시간 ~ 수일에 걸쳐 영향을 미치는 것으로, Xe-135, Sm-149 같은 독물질의 축적.

 

장기인자 : 노심 전 수명기간에 걸쳐 영향을 미치는 것으로, 우라늄 연소, 플루토늄 축적, 가연성독봉의 연소 등이 있다.

 

정답 : 3

---

64. 원자로가 한달 동안 출력운전 후 정지(Trip)되었다. 정지여유도는 어떻게 변하는가?
    ① 증가하다 감소    ② 감소하다 증가    ③ 계속 커진다.    ④ 계속 작아진다.

 

 

원자로 운전 중 제논의 생성원

1. 핵분열로 인한 직접 생성

2. I-135의 베타붕괴로 인한 생성

 

제거원

1. Cs-135로 베타붕괴하면서 제거

2. 중성자를 흡수하여 Xe-136이 되면서 제거

 

운전 중에 출력이 일정하다면 이 생성원들과 제거원들이 균형을 이루면서 일정한 제논농도를 유지한다.

 

그러다가 원자로가 정지하면,

생성원 중 1. 핵분열로 인한 직접생성은 중단된다. I-135의 베타붕괴로만 생성되지만, I-135의 생성 자체도 중단되므로, I-135가 전부 붕괴하면 모든 생성원은 사라진다.

 

제거원 중에서 2. 중성자 흡수로 인한 제거는 즉시 중단된다. 그리고 Cs-135의 베타붕괴로 인한 제거반응만 남게된다.

 

즉, 

1. 운전 중 평형 제논 유지

2. 원자로가 정지

3. 일시적으로 제거반응(Xe-135의 베타붕괴) 보다 생성반응 ( I-135의 베타붕괴)가 더 빨라서 Xe-135 농도 증가

4. I-135가 점차 소멸됨에 따라, Xe-135의 생성반응도 점차 작아지고, 제거반응은 점차 커짐. xe-135 농도 감소

5. I-135는 전부 소멸되면 Xe-135는 생성없이 소멸만 됨. 결국 모든 Xe-135는 붕괴하여 없어지고 Xe이 없는, Xe-free 상태가 됨.

 

아래 그림에서 파란색 선이 원자로 정지 후 Xe-135의 농도 변화이다.

Xe-135는 독물질이므로, 정지여유도는 Xe-135가 증가함에 따라 커지고, Xe-135가 감소함에 따라 작아진다.

 

 

 

정답 : 1

---

65. 출력운전 중 원자로의 열수로계수(HCF)가 제한치 이내로 유지하는지를 확인하는 방법으로 적당치 않은 것은?
    ① 제어봉 삽입한계 이상 유지
    ② 제어봉 그룹 내 편차가 제한치 이내 유지
    ③ 축방향 출력편차가 제한치 이내 유지
    ④ 냉각재 붕소농도의 목표치 범위 이내 유지

 

 

열수로계수 (HCF)  = 최대선출력밀도 / 평균선출력밀도 = 노심 국부 최대출력 / 노심 평균 출력

 

노심의 출력이 동일한 상태라면, 분모 = 노심 평균 출력은 동일할 것이다.

이 때 출력분포가 불균형할수록 어느 지점의 최대출력은 커질 것이다. 그럼 HCF가 증가하고 안전여유도는 감소한다.

 

출력분포가 불균형해질수록 HCF 증가. 평탄해질수록 HCF 감소

 

1, 2, 3번은 모두 출력분포에 영향을 미치는 요인들이다. 셋 모두 출력분포를 평탄하게 해주는 것으로 셋을 만족한다면 HCF는 제한치 이내에 있을 것이다.

 

4번은 HCF와 관련이 없다. 붕소는 냉각재 전체에 균일하게 퍼져있으므로, 출력분포의 모양에 영향을 주지 않는다. 붕소농도가 높던 낮던 HCF는 동일하다. 붕소농도를 통해 HCF 제한치를 확인할 수 없다.

 

 

정답 : 4