[원자력기사 기출풀이] 2019년 원자력기초 1 ~ 5번

 

1. 핵이성체 변환(Isomeric transition)에서 발생하는 감마선은 선스펙트럼을 가진다. 다음 중 이와 유사하게 선스펙트럼 방사선을 방출하는 붕괴반응은?
   ① 내부전환(Internal conversion)
   ② β+붕괴
   ③ 전자포획(Electron capture)
   ④ 쌍생성(Pair production)

 

 

내부전환 : 감마선을 방출하는 대신에 궤도 전자를 방출하는 것으로 궤도 전자의 에너지는 방출됐어야할 감마선의 에너지에서 궤도전자 에너지를 뺀 단일값이다. 따라서 선 스펙트럼을 가진다.

 

베타붕괴의 경우 중성미자와 전자가 에너지를 나눠가지면서 연속스펙트럼을 가진다.

전자포획의 경우 모든 에너지를 중성미자가 가져간다.

쌍생성의 경우, 전자와 양전자가 에너지를 나눠가지면서 연속스펙트럼을 가진다.

 

 

정답 : 1

 

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2. 원자핵의 총 결합에너지(Total binding energy)가 가장 큰 것은?
   ① He-4    ② O-16    ③ Fe-56   ④ U-238

 

 

 

 

 

위 그림은 핵자당 결합에너지이다.

Fe-56이 가장 큰 값을 가진다.

 

주의해야할 것은, 위 그림은 "핵자당" 결합에너지이므로, 총 결합에너지는 핵자수를 곱해주어야 한다.

 

핵자수가 가장 많은 U-238의 총 결합에너지가 가장 크다.

 

 

정답 : 4

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3. 다음 중 경수로에서 양(+)의 반응도(Reactivity)를 주는 것은?
   ① 독물질 생성    ② 냉각재 온도 증가    ③ Pu-239 생성   ④ 노심 내 기포 생성

 

 

독물질 생성 : 독물질은 중성자를 흡수하므로 음의 반응도를 준다.

냉각재 온도 증가 : 정상적으로 설계된 원자로의 냉각재 온도계수는 부 이다. 따라서 냉각재 온도가 증가하면 반응도는 감소한다.

 

기포 생성 : 마찬가지로, 기포계수는 일반적으로 부 이므로, 반응도는 감소한다.

 

Pu 생성 : 플루토늄은 핵분열물질이므로 정반응도 영향을 준다.

 

 

 

정답 : 3

 

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4. 1 mg의 U-235로부터 얻을 수 있는 핵분열에너지는 최대 어느 정도인가?
   단, 핵분열 당 발생에너지는 200 MeV이다.
   ① 5.13 × 10^20 MeV   ② 8.20 × 10^6 J     ③ 5.13 × 10^18 MeV   ④ 8.20 × 10^4 J

 

 

1 mg U-235의 입자갯수는

$$N = \frac{1*10^{-3}}{235} * 0.602*10^{24} = 2.56*10^{18}$$

 

이 입자들이 전부 핵분열하면,

 

$$E = 2.56*10^{18} * 200 = 5.12 *10^{20} MeV = 8.2 * 10^{7} J $$

 

 

 

정답 : 1

 

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5. 속핵분열 인자(Fast fission factor, ε)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
   ① 경수로와 같이 저농축 연료를 사용할 때 1.02~1.08 정도의 값을 가진다.
   ② 일반적으로 핵연료의 농축도에 크게 영향을 받지 않는다.
   ③ 비균질 원자로에 대한 ε값이 균질 원자로의 ε값보다 크다.
   ④ 감속재에 대한 우라늄의 부피비가 클수록 감소한다.

 

 

속핵분열인자 = (속핵분열 + 열핵분열)로 인한 중성자 수 / 열핵분열로 인한 중성자 수

 

1과 2는 맞는 설명이다.

 

3번 : 비균질원자로가 균질원자로보다 더 크다.

비균질원자로에서는 연료중심부에서 새로 생긴 중성자가 감속재와 만나기 전에 바로 옆의 핵연료와 만나기 때문에, 감속되기 전에 핵분열, 즉 속핵분열할 기회가 더 많기 때문이다.

 

4번은 틀리다.

감속재가 더 적을수록 감속이 천천히되므로 속핵분열을 할 수 있는 기회가 더 많아지므로 속분열계수는 증가한다.

 

 

정답 : 4