[원자력기사 기출풀이] 2021년 2차 핵재료공학 및 핵연료관리 16~20번

 

 

36. 원자력발전소에서 발생되는 액체방사성폐기물의 처리방법 중 적절하지 않은 것은?
    ① 이온교환법    ② 응집침전법    ③ 냉각응축법    ④ 증발농축법

 

이온교환법, 응집침전법, 증발농축법은 모두 액체폐기물처리법이다.

 

이온교환법 : 이온교환수지로 이온성 핵종들을 포획하는 것. 방사성물질들은 이온교환수지에 붙잡히게 되고, 오염된 이온교환수지는 재생시켜 재사용해도 되고, 고체폐기물로서 처리하면 된다.

 

응집침전법 : 특정핵종을 침전시키는 물질을 첨가하여 방사성핵종을 침전시킨다. 침전된 방사성핵종은 따로 모아서 건조시켜 고화처리하면 된다.

 

증발농축법 : 비휘발성핵종들을 남기고, 수분을 증발시켜 부피를 줄인다. 남아있는 농축액은 고화처리한다.

 

결국 액체폐기물 처리의 종점은 고체폐기물 처리이다.

액체폐기물을 농축하여 농축물은 고체로만들어 처리하고, 나머지는 배출관리기준 이하로 하여 환경으로 배출한다.

 

기체도 마찬가지다. 기체폐기물도 필터로 걸러 배출관리기준 이하로 하여 환경으로 배출하고, 필터는 고체폐기물로 처리한다.

최종적으로는,

고체폐기물은 방폐장에 처분 또는 자체처분.

기체, 액체폐기물은 환경으로 방출이다.

 

냉각응축법은 아마 삼중수소를 포집하는 방법에 대한 얘기인 듯 하다.

삼중수소기체를 차갑게 하여, 액체로 만들어 포집하는 방법이 있다.

 

정답 : 3번

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37. 원자력발전소 내 사용 후 핵연료 습식저장조에 대한 설계 및 운영 요건 중 틀린 것은?
    ① 붕소 없이 미임계 상태를 유지할 수 있어야 한다.
    ② 저장조의 물이 일정온도 이하로 유지되어야 한다.
    ③ 핵연료집합체가 일정 깊이 이상의 물에 잠겨있어야 한다.
    ④ 저장조 물의 용존산소가 일정농도 이하로 유지되어야 한다.

 

1. 사용후핵연료저장조는 충분히 물리적으로 이격시켜 수용성흡수재 없이 미임계를 유지할 수 있어야 한다. 순수로 채웠을 때 Keff가 0.95 미만이어야 한다.

 

2. 붕괴열을 충분히 제거하여 설계온도 이하로 유지되도록 하여야 한다. OPR-1000 기준 수조수 온도가 60도 이하가 되도록 하여야 한다.

 

3. 방사선차폐와 냉각을 위해 충분한 수조수위가 유지되어야 한다. OPR-1000 기준 핵연료집합체 상단에서 23 ft 이상 유지되어야 한다.

 

용존산소에 대한 기준은 없다.

 

정답 : 4번

 

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38. 우라늄 농축공정에서 최종 감손우라늄(tail)의 농축도가 0.1 %일 때, 5 % 농축우라늄 1 kg을 얻기 위해서 필요한 천연우라늄의 최소 질량은? (단, 천연 우라늄의 U-235의 농축도는 0.711 %이다.)
    ① 약 6 kg     ② 약 8 kg    ③ 약 10 kg     ④ 약 12 kg

 

U-235와 U-238의 질량에 대해 연립방정식을 세우면 된다.

총 U-235와 총 U-238은 보존되어야 한다.

 

초기 천연우라늄의 질량을 x  kg , 최종 감손우라늄의 질량을 y kg 이라고 하면,

U-235의 질량 보존에 대한 식은,

$$0.00711 * x = 0.001 * y + 0.05 * 1$$

 

U-238의 질량 보존에 대한 식은,

$$(1 - 0.00711) * x = (1 - 0.001) * y + (1 - 0.05) * 1$$

 

이 둘을 연립하여 x를 구하면

x = 8.01 kg

 

정답 : 2

 

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39. 경구섭취에 대한 연간섭취한도가 6,000,000 Bq인 Co-60의 배수 중의 배출관리기준은 얼마인가?
     (단, 연간 물섭취량은 730 L이다.)
    ① 50Bq/L     ② 100Bq/L    ③ 200Bq/L     ④ 400Bq/L

 

 

연간섭취한도를 배수중 배출관리기준으로 변환하는 방법은 방사선방호기준 붙임문서에서 찾을 수 있다.

 

$$배출관리기준 = \frac{연간섭취한도}{20 * 2 * 730 L} = 205 Bq/L$$

 

연간섭취한도는 1년동안 섭취 시 예탁유효선량이 작업종사자의 선량한도에 이르는 핵종별 방사능량이다.

배출관리기준은 배출된 액체 또는 기체를 일반인이 섭취, 호흡하였을 때 선량한도에 이르는 농도이다.

 

 작업종사자의 선량한도는 일반인의 선량한도의 20배이므로, 우선 20으로 나눠준다.

 

작업종사자는 모두 성인이지만 일반인에는 방사선에 민감한 어린아이들이 포함되어 있다. 어린아이의 감수성을 성인의 2배라고 가정한다. (연령군별 환산계수 차이) 보수적으로 모든 일반인이 어린아이라고 보아 2로 나눠준다.

 

일반인의 물 섭취량을 하루에 2L 씩이라고 하고, 1년간 730 L로 나눠주면 배출관리기준을 구할 수 있다. 물론 이는 일반인이 먹는 모든 물이 오염된 물이라고 가정한 것이므로 보수적이다.

 

 

유도공기중농도를 공기중 배출관리기준으로 변환하는 방법은 아래와 같다.

$$배출관리기준 = \frac{유도공기중농도}{20 * 2 * 3} $$

 

20과 2는 배수기준과 같다. 선량한도 차이와 연령군별 환산계수 차이이다.

 

3은 작업자와 일반인의 작업시간 * 호흡률의 차이이다.

 

작업자의 경우 작업시간 : 2000 시간,  호흡률 : 1.2  $m^3 /hr $ ,  둘을 곱하면 2400 

 

일반인의 경우 노출시간 365 일 * 24 시간/일 = 8760 시간,  호흡률 : 0.8 $m^3 /hr $, 둘을 곱하면 7008

 

이 둘의 차이는 약 3배 차이이다.

 

정답 : 3

 

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40. 핵연료 농축방법 중 우라늄 농축 분리계수가 큰 것에서 작은 순서대로 올바르게 나열된 것은?
    ① 원심분리법 → 레이저농축법 → 기체확산법
    ② 원심분리법 → 기체확산법 → 레이저농축법
    ③ 레이저농축법 → 원심분리법 → 기체확산법
    ④ 레이저농축법 → 기체확산법 → 원심분리법

 

분리계수 : 한 단의 공정에서 농축능력의 정도. 농축류의 질량 / 감손류 중 질량 으로 계산됨.

 

레이저농축법 : 레이저로 특정동위원소에 맞는 파장만 쬐어주어 선택적으로 여기시킨다. 분배계수가 매우 높아 고농충에 유리하지만 소량만 농축할 수 있다. 

 

원심분리법 : 원심분리기에서 질량차이를 이용한다. 무거운 원자가 바깥쪽에, 가벼운원자는 중심부에 많이 분포하게 된다. 분리계수가 커서 캐스케이드 소요단수가 작고 기체확산법에 비해 전력소비가 1/10 정도이다.

 

기체확산법 : 기체의 질량차이에 따른 자체의 확산 속도 차이를 이용한다. 고압의 UF6 가스를 특수격막을 통과하여 저압 쪽으로 확산시키는 것으로, U-235가 U-238보다 확산속도가 약간 빠르다는 것을 이용한다. 대량으로 분리할 수 있고 운전경험이 풍부하다. 분리계수가 작아  단수가 많이 필요하다.

 

 

이외에도 노즐로 분사하여 곡면의 벽에서 원심력을 이용하여 분리하는 노즐법.

동위원소효과를 이용해 분리하는 화학교환법이 있다.

 

이방법들의 분배계수 차이는

 

大 레이저법 > 원심분리법 > 노즐법 > 기체확산법 > 화학교환법 小

 

이다.

 

 

정답 : 3번