6. 중성자 누설과 관련된 다음 설명 중 옳지 않은 것은? ① 속중성자 비누설확률은 페르미 연령에 의해 결정된다. ② 열중성자 비누설확률은 중성자 확산거리에 의해 결정된다. ③ 이론 상 무한대 원자로의 버클링은 1이다. ④ 독물질이 증가하면, 열중성자 비누설확률은 증가한다.
1번
속중성자 비누설확률 : 속중성자가 빨리 열중성자가 될수록 비누설확률이 높아진다. 즉, 페르미연령($\tau$)이 짧을수록 커지며,
중성자속 분포가 많이 구부러져 있으면 버클링은 큰 것이고, 원자로 밖으로 누설되는 중성자는 더 많다.
(중성자의 누설은 중성자속 구배에 비례하기 때문임)
무한한 크기의 원자로에서는 어디서든지 중성자속은 일정할 것이고, 분포는 구부러짐 없이 평평할 것이다. 그럼 버클링은 0이고, 누설도 0이다.
4번
독물질과 비누설확률은 큰 관련이 없어보인다.
정답 : 3번
7. 다음 중 핵분열 반응에 의하여 발생 가능한 반응 식은?
핵반응 전후의 질량수(윗첨자), 양성자 수(아랫첨자)는 보존되어야 한다.
정답 : 4
8. 다음 중 중수로에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 가동 중 핵연료를 교체할 수 있다. ② 경수로에 비해 열역학적 효율이 좋다. ③ 감속재와 냉각재가 분리되어 있다. ④ 경수로에 비해 삼중수소의 발생량이 많다.
문제에서는 그냥 중수로라고 했는데, 일단 우리나라 월성에 있는 CANDU 형을 기준으로 설명하겠다.
1번. CANDU형은 운전 중에 핵연료를 교체할 수 있다. 경수로는 핵연료를 수직으로 장전하고, 원자로를 정지시킨 후 압력용기 뚜껑을 개봉해야지만 장전할 수 있다. 하지만 중수로는 핵연료를 수평으로 장전하고, 원래 장전되어 있는 연료를 밀어내면서 신연료를 장전할 수 있다. 이렇게 운전 중에 교체할 수 있다는 점 때문에 CANU의 가동률은 경수로에 비해 매우 크다.
3번. CANDU는 감속재와 냉각재가 분리되어 있다. 둘은 모두 중수이긴 하지만, 감속재는 핵연료와 격리되어 있고, 냉각재는 핵연료봉과 직접 만나면서 열을 흡수해 증기발생기로 전달해준다.
위 그림에서 분홍색 9번 영역이 감속재이고, 증기발생기와 통하는 노란색이 냉각재이다.
4번. 삼중수소는 중수로에서 훨씬 많은데, 중수소가 중성자를 흡수하여 삼중수소가 되기 때문이다.
경수로에서는 우라늄의 삼중핵분열, 냉각재 중 리튬과 붕소의 방사화 등으로 생성되긴 하지만, 중수로에서가 압도적으로 많이 생긴다.
정답 : 2
9. 3.232 MeV의 에너지를 가진 감마선이 전자쌍생성 반응을 일으킬 때, 발생되는 양전자의 최대 운동에너지(MeV)는? ① 0.511 ② 1.105 ③ 1.699 ④ 2.21
감마선이 원자핵 근처에서 사라지면서 전자-양전자 쌍을 생성시키는 것을 쌍생성이라고 한다.
원자핵 근처가 아닌 자유공간에서는 발생하지 않는데, 운동량과 운동에너지를 보존되려면 다른 쿨롱장의 영향을 받아야하기 때문이다.
전자와 양전자의 질량에너지 합계는 0.511 * 2 = 1.022 MeV 이다. 감마선의 최초 에너지가 3.232 MeV였다면, 전자 두개의 질량을 생성하기 위해 1.022 MeV를 소비하고, 남은 2.212 MeV의 에너지는 전자와 양전자가 운동에너지 형태로 나누어 가진다.
2.212 MeV의 에너지를 전자와 양전자가 꼭 절반씩 나누어 가지는 것은 아니다.
보편적으로는 엇비슷하게 나누어 가지겠지만, 극단적으로 양전자가 가질 수 있는 최대에너지는 2.212 MeV일 것이다. 이 때 전자의 에너지는 0 MeV
정답 : 4
10. 다음 중 중성자 반응에 대한 도플러 효과와 가장 관련이 적은 것은? ① 감속재온도계수 ② 핵연료온도계수 ③ 공명이탈확률 ④ 자기차폐효과
도플러효과 : 우라늄의 온도가 높아지면 공명흡수피크가 낮아지면서 옆으로 넓어지는 현상. 핵연료 온도가 높을수록 도플러효과로 인해 공명이탈확률이 감소하고 반응도는 감소한다.
어떤 이유로 노심의 반응도가 증가하면, 출력이 증가하면서 핵연료 온도는 높아질 것이다. 그럼 도플러효과로 인해 반응도는 낮아지고 출력은 다시 감소하면서 출력을 자기 스스로 제한시킬 수 있다.
이것이 원자로의 고유안전성의 핵심이다.
우라늄온도가 높아지면 반응도는 낮아지므로 음의 핵연료온도계수 효과를 준다.
자기차폐효과 : 중성자가 감속하면서 공명흡수영역을 만나면, 공명흡수되면스 그 에너지부근에서의 중성자속은 급감하는 현상을 말한다. 이런 자기차폐효과는 공명흡수와 관련되고, 도플러효과와 밀접하다.
감속재온도계수는 감속재 단위온도 변화당 반응도 변화인데, 감속재 온도 변화에 따른 밀도변화에 기인한다. 도플러효과와는 무관하다.
