[원자력기사 기출 풀이] 2022년 핵재료공학 및 핵연료관리 16 ~ 20번

 

 

36. 우라늄 농축방법인 특징으로 옳은 것은?
    ① 원심분리법은 분리계수가 높아 Cascade의 소요단수가 적어도 된다.
    ② 기체확산법은 전력소모량이 적고 소량의 냉각수만 필요하다는 장점이 있다.
    ③ 화학교환법은 UF6를 쓰지 않고 우라늄 용액을 사용하므로 장치가 복잡하다.
    ④ 노즐법은 분리계수가 작고 복잡한 장치가 있어야 하는 단점이 있다.

 

질량차이에 따른 원심력을 이용한 원심분리방법은 기체확산법보다 분리계수가 높다. 그래서 직렬로 연결한 기기 수( Cascade 수)가 기체확산법보다 적다.

 

기체확산법은 질량차이에 따른 확산속도 차이를 이용한 것인데, 분리계수가 낮고 전력소모가 크고 다량의 냉각수가 필요하다.

 

화학교환법은 진동에너지 차이에의한 교환반응을 이용한 방법인데, 기체 UF6가 아닌 용액을 사용하여 장치가 간단하다. 하지만 분리계수가 작고 장시간 소요된다.

 

노즐법은 우라늄 기체를 노즐로 강하게 분사하여, 원심효과와 산란효과를 이용하여 농축하는 방법인데 분리계수가 크고 가동부가 간단하다. 

 

 

답 : 1번

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37. 핵연료 피복관에 대해 올바르게 설명한 것은?
    ① Al 합금 피복관은 상온에서의 높은 연성으로 상업용 원자로에 쓰인다.
    ② Zr 피복관 제조공정에 사용되는 Zr 광석을 Zircon Ingot이라고 한다.
    ③ Zrcaloy-4는 Zircaloy-2에서 Ni을 제거하고 Fe를 증가시킨 것이다.
    ④ Stainless Steel은 Zr에 비해 열전도도가 높고 열중성자 흡수단면적이 작아야 한다.

 

지르코늄은 내식성이 좋고, 열중성자 흡수단면적이 작고, 기계적 특성이 좋아 핵연료 피복재로 널리 쓰여 왔다. 여러 합금의 형태로 개발되어 왔다.

 

Zr-1은 부식시험을 만족하지 못하여 상용화가 되지 않았다.

Zr-2에는 다음 원소들이 포함되어 있다. Sn 1.5 %, Fe 0.12 %, Cr 0.1%, Ni 0.05%. Sn 은 단지 부식 산화물의 접착력을 증가시키는 효과만 있으며 , Fe가 부식 특성을 향상시킨다. Ni은 고온에서 내식 특성을 높여준다.

Zr-3는 Cr과 Ni를 제거한 것인데 기계적 성질이 좋지 않고 수소흡수 문제로 상용화되지 않았다.

Zr-4는 Zr-2에서 수소흡수가 큰 Ni을 제거한 것이다. 이를 보상하기 위해 Fe의 함량을 늘리고 부식특성을 개선시키기 위해 소량의 Si를 첨가하였다.

ZirlO 는 Sn이 부식을 유발하는 것을 발견하여 Sn을 줄이고 Nb를 첨가한 것이다.

 

Al 피복관은 융점이 낮지만 상온에서 매우 뛰어난 기계적 성질과 내식성을 보인다. 따라서 계통온도가 낮은 연구로에서 주로 사용된다.

 

지르코늄 피복관은 다음과 같은 공정으로 제조된다.

지르콘 Sand → 하프늄을 분리하여 순수 Zr Sponge 제조  → 합금원소 첨가하여 지르칼로이 잉곳(Ingot) 제조  → 잉곳을 열간/냉간 가공하여 중간제품인 TREX, Shell 등 제조  → 냉간가공하여 피복관 제조

 

정답 : 3

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38. 원자로 냉각수의 pH 제어를 위해 사용되는 수산화리튬 (LiOH)에 대한 설명으로 올바르지 않은 것은?
    ① Li의 중성자 포획반응으로 인한 HTO의 생성을 억제하기 위해 Li-6를 농축하여 사용한다.
    ② 열중성자에 대한 흡수단면적이 작아서 중성자 경제성이 우수하다.
    ③ 높은 농도의 Li은 핵연료 피복재의 부식을 초래한다.
    ④ 부식생성물 용해도를 감소시켜 냉각재의 용해 침적물 양을 감소시킨다.

 

천연 리튬의 대부분은 Li-7로 되어 있고 10 % 이하의 Li-6로 되어 있다. Li-6는 열중성자 포획단면적이 커서 중성자 검출기, TLD 등에 사용된다. Li-6는 중성자를 포획하여 알파와 삼중수소를 발생시키기 때문에, Li-6를 농축시키면 HTO의 발생이 오히려 증가한다.

 

1차 냉각재의 pH 조절에 LiOH를 사용하나 LiOH는 지르칼로이 합금의 부식을 촉진시켜 첨가량에 제한을 둔다. 따라서 PWR의 냉각재는 약한 산성이다. 이런 분위기에서 용존산소가 존재하면 부식이 촉진되므로, 수소를 첨가하여 용존산소를 제거해 준다.

 

정답 : 1번

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39. 원자력발전소의 수화학 관리 목적으로 올바르지 않은 것은?
    ① 주요 기기 부식방지     ② 핵연료 건전성 향상   ③ 출력 증강    ④ 원전 비상정지

 

 

원자력발전소의 수화학관리는 부식을 방지하기 위해 중요하다. 부식이 발생한다면, 기기가 손상되고, 피복관의 열전달이 저하되어 파손될 우려가 있고, 1차와 2차계통의 압력경계가 손상될 수 있으며, 냉각재의 유량을 감소시켜 열출력을 감소시킬 수 있다.

 

원전 비상정지는 수화합 관리로 달성할 수 없다. 제어봉의 급격한 낙하로 이루어진다.

 

정답 : 4번

 

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40. 현행 원자력안전법에 따른 방사성폐기물 처분방식에 대한 설명 중 올바르지 않은 것은?
    ① 표층처분은 천층처분 방식 중 하나이다.
    ② 매립형 처분은 공학적 방벽이 없다.
    ③ 심층처분은 지하 깊은 곳의 안정한 지층 구조에 천연방벽 또는 공학적 방벽으로 처분하는 것이다.
    ④ 동굴처분은 고준위방사성폐기물을 처분할 수 있는 방식이다.

 

방사성폐기물 분류 및 자체처분 기준에 관한 규

방사성폐기물 분류 및 자체처분 기준에 관한 규정

 

고준위폐기물은 심층처분으로 처분하여야 한다.

 

정답 : 4