71. 가압경수형 원자력발전소 출력운전 중 감속재온도계수에 대한 설명 중 올바르지 않은 것은? ① 출력상승 시 양(+)의 감속재 온도계수를 가진다. ② 2차측 배관파단사고 시 양(+)의 감속재온도계수로 출력이 상승한다. ③ 과소감속영역에서 감속재온도계수가 음(-)의 값을 갖도록 한다. ④ 냉각재 온도 상승 시, 자체적으로 부(-) 반응도 삽입효과를 갖게 한다.
노심의 온도계수라 함은, 단위온도 변화에 따른 반응도 변화량을 의미한다.
예를들어 핵연료온도계수는 핵연료온도 1 ℃가 오를 때 반응도의 증가 또는 감소분을 뜻한다.
온도계수가 양수이면 온도가 증가하면 반응도도 같이 증가한다는 의미이고 음수이면 그 반대이다.
감속재온도계수는 감속재의 온도가 1 ℃ 오를 때, 반응도의 증가량을 의미하는데, 안전을 위해 음수 값으로 설계되어야 한다.
감속재온도계수가 음수라면,
"원자로의 출력 상승 → 감속재의 온도 증가 → 감속재온도계수 때문에 원자로 반응도 감소 → 원자로 출력 감소 → 감속재 온도 감소"
의 궤환효과를 주게되어 안전성을 증진시킨다.
반대로 감속재온도계수가 양수라면,
"원자로의 출력 상승→ 감속재의 온도 증가→ 반응도 증가→ 원자로 출력 증가→ 감속재 온도 증가"
라는 악순환에 빠지게 된다.
여기에서 감속재온도계수 대신 핵연료온도계수를 집어넣어도 똑같다.
즉, 온도계수는 음수가 되도록 설계해야한다.
다행히 핵연료온도계수는 핵연료의 도플러효과라는 고유특성 때문에 본질적으로 음수 값을 가지게 된다.
반면 감속재온도계수는 수용석독물질의 농도, 감속재와 핵물질의 밀도비율에 따라 부호가 결정되게 된다.
위 그래프에서 가로축은 [감속재의 밀도 / 핵연료의 밀도]를 나타내고 세로축은 증배계수를 보여준다.
감속재의 밀도가 증가할수록, 중성자의 감속효과가 더 커져서 핵분열이 더 많이 일어나 Keff 는 증가한다. 그와 동시에 감속재(물)에 의한 중성자 흡수도 같이 증가하여 Keff는 감소하기도 한다.
이 둘이 균형을 이루는 지점이 최댓점이고, 왼쪽부분은 과소감속영역, 오른쪽 부분은 과잉감속영역이라 부른다.
감속재의 온도가 증가하면, 감속재의 밀도가 감소할 것이므로 가로축에서 왼쪽으로 옮겨갈텐데, 노심이 과소감속영역에 있어야지만 음수의 감속재온도계수를 가질 수 있다.
즉, 원자로는 과소감속영역에 있도록 설계된다.
1번 : 원자로는 음의 감속재 온도계수를 가지므로 틀린 보기이다.
2번 : 보기가 좀 이상하다. 2차측 배관파단사고 시 출력이 상승하는 것은 맞는데, 그것은 음의 감속재온도계수 때문이다.
2차측 배관이 파단되면, 증기가 파단부위로 빠르게 빠져나가면서 2차 유동이 증가하게 되고, 순간적으로 1차냉각재의 냉각이 더 커져 온도는 낮아지게 된다. 감속재온도계수는 부 이므로 반응도는 증가하게되고 출력은 상승한다.
3번 : 감속재온도계수를 음으로 하기 위하여 과소감속영역에 있도록 설계한다.
4번 : 경수로의 경우 냉각재와 감속재를 같이 쓰므로, 냉각재 온도계수와 감속재 온도계수는 같은 말이다. 이 값은 음수이므로 온도상승 시 부반응도가 주입된다.
정답 : 1번, 2번
72. 가압경수형 원자로의 출력결손을 구성하고 있는 인자 중 틀린 것은? ① 감속재 온도변화에 따른 결손 ② 핵연료 온도변화에 따른 결손 ③ 기포생성에 따른 결손 ④ 중성자 누설에 따른 결손
반응도온도계수들을 전부 통합한 것을 출력계수라고 한다.
즉, 출력계수는 단위출력당 반응도변화량을 뜻하고, 이는 감속재온도계수, 기포계수, 핵연료온도계수 등에 기인한다.
출력이 1% 증가하면, 연료와 감속재의 온도가 증가할 것이고 기포량도 증가한다. 즉 단위출력변화당 핵연료온도변화량에 핵연료온도계수를 곱하면, 단위출력변화당 반응도변화량을 구할 수 있다.
핵연료온도, 감속재온도, 기포량에 대해 모두 합산한 것이 출력계수이다.
출력결손은, 이 출력계수에 변화된 출력량을 곱해준, 즉, 변화된 반응도 값을 의미한다.
보통 출력계수는 음수이기 때문에, 출력이 증가하면 반응도가 감소하게되어 "결손" 이라고 쓴다.
출력결손은 다음 수식으로 쓸 수 있다.
중성자 누설은 출력계수의 구성요소가 아니다.
정답 : 4번
73. 가압경수형 원자력발전소의 상태 구분에 따른 ANSI N 18.2의 사고분류에 대한 설명 중 올바르지 않은 것은?
미국원자력학회 ANS의 ANSI N 18.2 (1972년) 에 따른 발생빈도별 사고 분류는 다음과 같다.
Condition 1 : 정상운전
발전소가 규정된 운전제한치와 조건에서 계획대로 운전되고 있는 상태. 출력운전, 기동과 정지, 보수, 시험, 핵연료 장전 등을 포함한다.
Condition 2 : 보통빈도사건
발전소 수명기간 동안 여러 번 일어날 수 있는 사건, 발생율은 1년당 1회. 터빈정지, 주급수유량상실, 원자로냉각재유량 감소, 외부 부하 상실, 의도치 않은 제어봉인출과 붕산수 희석 등
Condition 3 : 발전소 수명기간 동안 한 번 일어날 수 있는 사건, 소형 원자로냉각재 상실, 핵연료집합체 오장전, 노심 강제순환유량 완전상실, 전출력 운전 중 제어봉 1개 인출 등.
Condition 4 : 발전소 수명기간동안 발생하지 않을 것으로 예상되나 방사성물질의 심각한 유출가능성 때문에 고려하는 가상적인 사건. 주급수관 파단사고, 주증기관 파단사고, 대형 냉각재 상실사고, 1차냉각펌프 회전자 고착사고 등.
정답 : 3번
74. 가압경수형 원자력발전소의 화학제어제가 주로 영향을 미치는 반응도 인자는? ① 속분열 계수 ② 열중성자 이용률 ③ 재생계수 ④ 공명이탈확률
