[원자력기사 기출풀이] 2021년 2차 발전로계통공학 6 ~ 10번

 

46. 원자력발전소 설비에서 정상상태로 유체가 흐를 때 일어나는 엔탈피의 변화에 대한 설명으로 맞지 않는 것은?
    ① 증기발생기에서 운동에너지를 무시하면 엔탈피는 열전달에 의하여 감소된다.
    ② 주급수펌프에서 펌프 자체의 일에 의하여 엔탈피는 증가된다.
    ③ 터빈 노즐 내에서 증기 속도에 의한 운동에너지의 변화 때문에 엔탈피는 변화한다.
    ④ 유체가 밸브를 통과할 때, 압력강하가 생기지만 엔탈피의 변화는 없다.

 

 

원자력발전소의 증기사이클은 랭킨사이클이다.

랭킨사이클의 h-s 선도 (엔탈피-엔트로피)는 아래와 같다.

 

정압가열(보일러) → 단열팽창(터빈)  → 정압방열(복수기)  → 단열압축(펌프) → 정압가열(보일러)을 반복하며 열을 일로 변환시킨다.

 

1. 증기발생기(보일러)에서는 열을 받으며 엔탈피가 증가한다.

2. 펌프에서는 일을 외부에서 받으므로 엔탈피가 증가한다.

3. 터빈에서는 증기의 열에너지가 터빈날개의 운동에너지로 변하면서 밖으로 일을 해주면서 엔탈피가 감소한다.

 

정답 : 1번

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47. 가압경수로형 원전과 같이 원자로냉각재가 아래에서 위로 흐르는 연료봉의 출력이 cosine 형태를 지닐 때, 핵연료 피복재 표면온도가 최고인 지점은?
    ① 연료봉 아래로부터 약 1/4지점
    ② 연료봉 중간지점
    ③ 연료봉 아래로부터 약 3/4지점
    ④ 연료봉 출구지점

 

출력이 코사인형태일 때, 피복재의 최고온도는 아래에서 3/4 지점이다.

 

정답 : 3번

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48. 무한히 긴 원통형 핵연료피복재의 반경(r) 방향 정상상태 온도분포(T)형태로 적절한 식은?
     (단, A, B, C는 임의의 상수이다.)
    ① $T(r) = Ar^2 + C$
    ② $T(r) = A ln(r) + C$
    ③ $T(r) = A cos(Br) + C$
    ④ $T(r) = A \frac{sin(Br)}{r} + C$

 

피복재 영역에서의 전도열전달은 푸리에 열전도 법칙에 따른다. 열전달율 q 는

$$ q = -kAdT/dr = -k (2\pi rL)dT/dr $$

 

k : 열전도도

A : 열전달면적

L : 원기둥 길이

dT/dr : 반경방향 온도구배

 

정상상태에서는 들어오는 열과 나가는 열이 같아야 피복재 온도가 일정하게 유지되므로 q는 상수라고 보면.

 

$$ q = -k * (2\pi rL) dT/dr $$

$$ \frac{qdr}{r} = -2\pi kLdT$$

 

양변을 적분하면

$$qlnr = -2\pi kLT + C$$

(C : 적분상수)

 

따라서

 

$$T(r) = \frac{q}{-2\pi kL} lnr -C = Aln(r) + C $$

 

정답 : 2번

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49. 가압경수로형 원전의 냉각재 특성으로 알맞지 않은 것은?
    ① 핵분열과정에서 생성된 열을 증기발생기를 거쳐 2차 계통에 전달한다.
    ② 원자로심 밖으로의 중성자 손실을 감소하는 감속재의 역할을 한다.
    ③ 핵분열 생성물의 방출을 차단하는 역할을 한다.
    ④ 중성자 흡수 물질인 붕산의 운반체 역할을 한다.

 

경수로에서 냉각재는 감속재역할을 겸하는데, 중성자를 감속시키고, 핵연료에서 발생한 열을 전달받아 2차계통으로 넘겨주는 역할을 한다.

1,3,4 번은 모두 냉각재/감속재에 대한 설명이다.

2번은 반사체에 대한 설명인데 경수로에는 반사체가 없다.

반사체는 노심외부를 둘러쌓고 있으며, 노심 바깥으로 누설되는 중성자를 산란시켜 다시 노심으로 되돌려주는 역할을 한다.

 

정답 : 2번

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50. 가압경수로형 원전의 공학적 안전설비 작동신호의 목적이 잘못 기술된 것은?
    ① 안전주입작동신호 : 핵연료피복재 보호
    ② 주제어실비상환기작동신호 : 원자로건물 내 방사능 물질 외부 누출 방지
    ③ 주증기격리신호 : 원자로냉각재계통 과냉 방지
    ④ 보조급수작동신호 : 1차측 열 제거원 확보

 

 

공학적안전설비 작동계통은 원자로보호계통으로부터 공학적안전설비 작동신호를 전달받아 작동시킨다.

 

작동신호들은 아래와 같다.

 - 격납건물격리작동신호(CIAS) 
 - 격납건물살수작동신호(CSAS) 
 - 주증기격리신호(MSIS) 
 - 안전주입작동신호(SIAS) 
 - 재순환작동신호(RAS) 
 - 보조급수작동신호(AFAS) 
 - 핵연료건물비상환기작동신호(FBEVAS) 
 - 격납건물배기격리작동신호(CPIAS) 
 - 주제어실비상환기작동신호(CREVAS) 

 

2번 : 주제어실비상환기 작동신호는 주제어실의 건전성, 거주성을 확보하기 위함이다.

원자로 건물 내 방사능 물질의 위부누출 방지는 격납건물격리 작동신호의 목적이다.

 

정답 : 2번