[원자력기사 기출 풀이] 2022년 원자로 안전과 운전 16 ~ 20번

76. 가압경수형 원자력발전소에서 가압열충격 PTS를 일으킬 수 있는 경우가 아닌 것은?
    ① 보조급수계통 동작
    ② 안전주입계통 동작
    ③ 원자로 격납건물 살수계통 동작
    ④ 주증기계통 안전밸브 개방 고착

 

가압열충격 (PTS) : 원자로용기에 압력이 가해진 상태로 급냉되어 충격을 받는 현상

원자로가 중성자에 조사받게 되면 무연성천이온도가 증가하게 된다.

 

무연성 천이온도 : 취성에서 연성으로 전이되는 온도로, 아래 그림에서 Transition temperature에 해당한다. 세로축은 재료가 파괴될 때까지 흡수할 수 있는 에너지의 정도를 나타내는데, 연성이 급격하게 변하는 이 점의 왼쪽에서는 재료는 취성을 띄고(brittle), 오른쪽에서는 재료의 연성을 띈다.

 

취성 : 재료의 변형이 거의 없는 낮은 변형율에서도 파괴되는 재료의 성질

연성 : 파괴되기 전에 소성변형이 많이 일어나는 재료의 성질. 큰 변형율에 도달해야지만 파손됨.

인성 : toughness, 재료가 파괴될 때까지 에너지를 흡수하는 재료의 능력

인성이 높은 재료는 연성을 띄고, 인성이 낮으면 취성을 띈다.

 

무연성 천이온도가 증가함에 따라, 같은 온도라도 연성을 띄다가 어느 순간 취성을 띌 수가 있게 된다.

 

 

 

Fundamental Principles of Nuclear Engineering, Jiyang Yu

 

 

중성자에 조사받은 재료는 항복강도와 인장강도, 경도가 증가하지만 최대흡수에너지, 연성, 파괴인성은 감소한다.

이는 재료가 더 단단해지지만, 변형이 시작되면 빠르게 파괴된다는 것을 의미한다.

 

무연성천이온도가 증가한 상태에서, 원자로용기의 온도가 급격히 떨어지면, 재료의 무연성천이온도 이하로 떨어져 취성파괴가 일어날 수 있다. 

따라서 찬 냉각수가 갑자기 주입되는 일을 방지해야한다.

이런 현상은 과냉각 사고 시 발생한다.

  - (소형 냉각재 상실이나 증기발생기 배관파단 사고 등으로 인하여 )안전주입계통의 작동으로 찬 냉각수가 갑자기 공급되는 경우

  - 보조급수계통의 동작이나 주증기계통 유량 증가로 인해 2차계통의 열제거능력이 급증하는 경우

 

격납계통살수는 원자로용기 내부의 냉각과는 무관하고, 격납건물의 압력과 온도를 낮춰준다.

 

정답 : 3

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77. 국제원자력기구 IAEA에서 제시한 안전성 확보를 위한 근본적인 안전원칙이 아닌 것은?
    ① 안전에 대한 책임     ② 조직의 최적화     ③ 정부의 역할    ④ 사고방지

 

IAEA의 “Fundamental Safety Principles”, Safety Standards Series No. SF-1, 2006에는 기본 안전목표를 지키기위한 10가지 기본안전원칙을 제시하고 있다.

1. 안전에 대한 책임 : 안전에 대한 궁극적인 책임은 방사선 위험을 야기하는 시설이나 활동에 책임이 있는 개인이나 조직에 있다.
2. 정부의 역할 : 독립적인 규제기관을 포함하여 안전을 위한 효과적인 법적 및 행정 체계를 수립/유지해야 한다.
3. 안전을 위한 지도력과 경영 : 방사선 위험과 관련된 조직과 위험을 야기하는 원자력 시설 및 활동에는 안전을 위한 지도력과 경영계획을 수립하고 유지해야 한다.
4. 시설 및 활동의 정당화 : 방사선 위험을 야기하는 시설 및 활동은 이익이 위험보다 커야한다.
5. 방호의 최적화 : 방사선방호는 합리적으로 달성 가능한 최상의 안전을 제공하도록 해야한다..
6. 개인에 대한 위험의 제한 : 방사선 위험을 제어하는 조치는 허용할 수 없는 위험에 개인이 노출되지 않는다는 것을 보장할 수 있어야 한다.
7. 현재와 미래 세대의 보호 : 현재와 미래의 인간과 환경을 방사선 위험으로부터 보호해야 한다.
8. 사고의 예방 : 원자력 또는 방사선 사고를 예방하고 완화하기 위한 모든 실질적인 노력을 경주해야 한다.
9. 비상대책 및 대응 : 원자력 및 방사선 사건에 대한 비상대책과 대응을 위한 체계를 수립해야 한다.
10. 현존하는 또는 규제되지 않았던 방사선 위험의 감소를 위한 방호조치 : 현존하는 또는 과거에 규제되지 않았던 방사선 위험의 감소를 위한 방호조치를 정당화하고 최적화해야 한다.

 

정답 : 2

 

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78. 원자력안전성 확보를 위한 심층방어의 단계별 목표가 잘못 기술된 것은?
   ① 1단계 : 비정상운전 및 고장예방
   ② 2단계 : 비정상운전의 제어 및 고장탐지
   ③ 3단계 : 사고를 설계기준 이내로 제어
   ④ 4단계 : 방사성물질의 대량누출로 인한 방사선학적 영향 완화

 

심층방어 : Defense in Depth, 먼저 이상상태의 발생을 가능한 방지하되, 이상 상태가 발생하였을 때에는 확대를 최대한 억제하며, 만일 이상상태가 확대되어 큰 사고로 진전되었을 때에는 그 영향을 최소화하고, 주민을 보호하도록 사고의 진전 단계마다 적절한 방어체계를 갖추는 것을 말한다.

 

심층방어는 물리적 다중방벽, 다단계 방호체계으로 구성된다.

 

물리적 다중방벽

핵연료 펠렛 - 핵연료 피복재 - 1차냉각재 압력경계 - 격납건물 의 4단계로 이루어져 있는 순차적인 물리적인 방벽이다.

이 네 방벽이 모두 뚫여야지만 주민들에게 까지 대량의 방사성물질이 도달한다.

 

다단계 방호체계 : 심층방어의 목표이며 이전 단계가 실패하였을 때 다음 단계가 방호기능을 수행해주는 체계로 다음 5 단계로 되어 있다.

https://atomic.snu.ac.kr/index.php/%EC%8B%AC%EC%B8%B5%EB%B0%A9%EC%96%B4%EA%B0%9C%EB%85%90

1 ~ 3단계에서는 설계기준 이내에서 안전설비의 구조적 건전성을 유지하고, 대중에게로의 방사선 위해를 제한하는 역할을 제공한다.

 

4단계부터는 설계기준을 초과한 상태에서 심각한 상태를 제어하고 방사성물질의 방출을 최소화하고 대중을 보호하는 기능을 한다.

 

위 단계는 순차적으로 작동한다. 예를들어, 정상운전이 실패하면, 제어계통과 보호계통이 작동하고, 이들이 실패하면 공학적 안전설비가 작동하는 식이다.

 

4단계까지는 방사성물질의 외부누출을 방지하는 것이고, 이는 물리적방벽 4단계까지 뚫리지 않았음을 뜻한다.

방사성물질의 대량 누출은 5단계에 해당한다.

 

정답 : 4

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79. 다음 중 다수호기 확률론적 안전성 평가 PSA의 초기사건이 아닌 것은?
    ① 분석대상 호기에 노심손상을 야기할 수 있는 사건
    ② 태풍, 지진 등 2개 이상 호기에 동시영향을 주는 사건
    ③ 특정 1개 호기서 발생초기사건이 인접한 타호기에 영향을 미치는 경우
    ④ 독립적인 초기사건의 연속발생

 

PSA : 원자력시설에서 발생할 수 있는 모든 초기사건들의 확률에 기반하여, 전체적인 위험도를 정량화하여 산출하는 것.

 

동일 부지에 여러 호기가 동시에 있을 때, 상호작용으로 인해 발생하는 사건에 대한 위험도를 계산하는 것이 다수호기 PSA이고 다음을 고려한다.

1. 동일부지내 원전에서 사고가 2개이상 독립적으로 동시에 발생하는 경우
2. 한 원전사고가 다른 원전으로 전파되는 경우
3. 자연재해와 같은 공통원인으로 다수호기에서 사고가 동시에 발생하는 경우

1번 보기는 단일호기에 대한 사고이다.

 

정답 : 1

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80. 다음 중 미국 TMI 사고 이후 안전성 향상을 위한 설계개선사항이 아닌 것은?
    ① 가압기 압력방출 · 차단밸브, 수위지시계에 비상전원 공급
    ② 안전수치 표시반 설치 (SPDS)
    ③ 노심상태 감시기 설치
    ④ 대체교류전원 디젤발전기 (AAC DG) 설치

 

4번은 후쿠시마 사고의 후속조치에 대한 내용이다.

이 외에도 후쿠시마 후속조치는

지진 자동정지설비 설치

이동형 디젤발전차량 확보

비상냉각수 주입을 위한 외부 유로 확보 등이 있다.

 

정답 : 4