[원자력기사 기출풀이] 2021년 1차 핵재료공학 및 핵연료관리 11 ~ 15번

 

 

 

31. 가압경수로형 원전 수화학 관리기술 중 전휘발성처리(All Volatile Treatment : AVT)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
    ① 수산화리튬(LiOH)으로 pH를 조절한다.
    ② 2차 계통 수화학 관리기술이다.
    ③ 하이드라진으로 용존산소를 제거한다.
    ④ 계통에 첨가하는 화합물이 모두 휘발성 물질이다.

 

전휘발성 처리 : 부식억제를 위해 경수로 2차계통을 알칼리 및 환원성 분위기로 유지시켜야 한다.

이를 위해 2차계통에 하이드라진(N2H4)와 암모니아를 주입한다.

하이드라진은 용존산소를 제거하고, 고온에서 열분해되어 암모니아가 된다.

암모니아는 pH를 높게해주어 부식을 억제해준다.

 

수산화리튬으로 pH를 조절하는 것은 1차계통이다.

 

정답 : 1번

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32. 붕소중성자포획치료(Boron Neutron Capture Therapy : BNCT)를 이용한 암환자 치료에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
    ① 환자의 체내에 B-10을 주입한다.
    ② 암세포에 중성자를 조사한다.
    ③ 고에너지 Be-7이 생성된다.
    ④ 고에너지 알파입자가 생성된다.

 

BNCT는  암 부위에 B-10을 주입하고, 중성자를 조사하여 B(n,alpha)Li 반응을 유도한다.

이렇게 생긴 알파입자가 암세포를 사멸시킨다.

방사선으로 암을 치료할 때, 암이 아닌 정상세포에도 피해를 주는 것이 문제이다.

알파입자는 비정이 짧고 저지능이 크기 때문에 바로 인근 세포에만 큰 에너지를 전달하고 사라진다.

이렇게 알파입자를 암 치료에 사용하려면 체내에서, 즉 암세포 바로 근처에서 알파입자가 생성되어야 한다.

BNCT는 이러한 방법 중 하나이다.

 

3번 : Be-7이 아니라 Li-7이 생성된다.

 

정답 : 3

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33. 어던 방사성 핵종 10^5 Bq이 용존 상태로 존재하는 액체폐기물 1 L를 새 이온교환수지 10 g이 장착된 탈염기로 처리하였다. 처리 후 이온교환수지의 총 방사능이 6×10^4Bq일 때, 해당 탈염기의 제염계수는 얼마인가?
(단, 처리과정에서 액체폐기물의 부피는 변하지 않는다고 가정한다.)
    ① 0.4    ② 1.7   ③ 2.5    ④ 4.0

 

방사성폐기물 처리계통의 성능을 나타내는 지표인 제염계수는 다음과 같이 구할 수 있다.

 

제염계수 = 제염 전 방사능 / 제염 후 방사능 = 10^5 / 6*10^4 = 1.7

 

정답 : 2

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34. 안정한 표적 물질 A에 중성자를 조사하면, 방사화반응을 통하여 반감기가 5분인 방사성 핵종 B가 생성된다. 표적물질 A에 중성자를 10분 동안 조사하고 이어서 10분 동안 방치한 후 계측했더니 방사성 핵종 B의 방사능이 3 MBq로 나타났다. 같은 질량의 새로운 표적물질 A에 중성자를 연속해서 20분 동안 조사한 직후 방사성 핵종 B의 방사능은 얼마인가?
    ① 12 MBq     ② 15 MBq     ③ 16 MBq    ④ 20 MBq

 

안정물질(A)을 방사화시켜 방사성동위원소(B)를 생산하는 경우,

 

A와 B의 원자수에 대해서 다음과 같은 균형 방정식을 세울 수 있다.

A의 변화율은 무시하고,

B 원자수 변화율 = A가 방사화되어 B로 변환되는 율 - B가 방사성붕괴하여 제거되는 율

 

$$d{n}_B(t)/dt=N{\sigma }_a\varphi -\lambda n_B$$

 

N : 초기 안정핵종의 원자밀도

${\sigma }_a$ : 흡수단면적

$\varphi$ : 중성자속

$\lambda$ : B의 붕괴상수

 

위 미분방정식을 풀면 시간에 따른 B의 방사능을 알 수 있다.

$$A_B(t)=N{\sigma }_a\varphi (1-e^{-\lambda t})=C(1-e^{-\lambda t})$$

 

첫번째,

 10분 조사, 10분 방치하면 3 MBq

10분 조사하는 동안은 위의 공식에 따라 계산하고, 10분 방치되는 경우는 생성없이 붕괴상수에 따라 붕괴만 된다.

 

$$3=C(1-e^{-2ln2})\ast e^{-2ln2}=0.1875C$$

 

20분동안 조사하기만 하면

$$C(1-e^{-4ln2})=0.9375C$$

 

따라서 방사능은

3 * 0.9375 / 0.1875 = 15 MBq

 

 

 

정답 : 2번

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35. 사용 후 핵연료 저장시설의 핵임계 안전성 평가에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
    ① 사용후핵연료를 신연료로 가정하는 것이 보수적이다.
    ② 연소도이득을 적용하면, 저장할 수 있는 범위가 늘어날 수 있다.
    ③ 연소도이득에서는 핵분열 생성물을 고려할 수 있다.
    ④ 연소도이득에서는 방사화생성물을 고려할 수 있다.

 

 

사용후핵연료를 저장할 때, 임계의 우려가 없도록 충분한 간격을 두어 보관해야 한다.

이 때 모든 사용후핵연료가 새 핵연료라고 가정한다면, 보수적으로 임계를 예방할 수 있다.

새핵연료의 반응도가 사용후핵연료보다 크기 때문이다.

 

이런 방법은 보수적이기는 하나 경제적이지는 않다. 저장공간을 쓸데없이 크게 할당해야 한다.

이 때 연소도이득 (Burn Up Credit) 개념을 적용할 수 있다.

사용후핵연료에서 핵물질이 연소된 만큼 임계 방지에 여유가 생겨서 더 좁은 간격으로 저장할 수 있고, 이렇게 핵연료의 연소효과를 고려하여 반응도를 계산하는 개념을 연소도이득이라고 한다.

 

1번 : 사용후핵연료를 모두 신연료라고 가정하면 보수적인 평가이다.

2번 : 연소도이득을 적용하면 더 많은 사용후핵연료를 저장할 수 있다.

3번 : 핵분열생성물 중 중성자 흡수가 큰 핵종들을 고려해줄 수 있다.

4번 : 방사화생성물은 일반적으로 중성자흡수가 크지 않아 고려하지 않아도 된다.

4번은 좀 애매한 것 같다. Pu-239 같은 핵분열성물질은 연소도이득 적용 시 필히 고려해주어야 한다. 정반응도 영향을 주기 때문이다. 근데 Pu-239는 U-238의 방사화로 생성된다. Pu-239를 방사화생성물로 볼지, 그냥 핵물질의 연소과정으로 볼지에 따라 애매해진다.

 

 

정답 : 4번