[원자력기사 기출풀이] 2019년 핵재료공학 및 핵연료관리 1 ~ 5번

 

 

 

21. 가압경수로의 핵연료주기 공정에 대한 설명 중 틀린 것은?
    ① 정련/변환: 우라늄 정광(Yellow cake) 생산
    ② 농축: 농축 UF6제조
    ③ 재변환: UO2 분말 제조
    ④ 성형가공: 핵연료 집합체 제조

 

경수로의 핵연료주기는 다음과 같다.

1. 채광 : 우라늄광산에서 우라늄원광을 채광함

2. 정련 : 우라늄원광을 화학적으로 처리하여 우라늄 정광 (U3O8) 을 생산함

3. 변환 : 우라늄 정광을 농축하기 용이하도록 UF6로 변환시킴

4. 농축 : U-235를 농축하여 농축된 UF6 를 만듦

5. 재변환 : 농축된 UF6를 화학적으로 처리하여 UO2로 만듦

6. 가공 : 핵연료집합체를 제조함.

 

 

정답 : 1번

 

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22. 열중성자(Thermal neutron)를 흡수하였을 때 핵분열을 일으키는 물질(Fissile material)이 아닌 것은?
    ① Th-232    ② U-233     ③ U-235    ④ Pu-239

 

 

 

Fissile material : 핵분열성핵종. 열중성자(와 속중성자)를 흡수하여 핵분열을 일으키는 핵종으로, U-233, U-235, Pu-239, Pu-241 이 있다. 자연상에는 U-235만 존재한다.

 

Fissionable material : 핵분열가능핵종. 에너지가 충분한 속중성자를 흡수하면 핵분열하는 핵종으로, Fissile 을 모두 포함하고, U-238, Pu-240 등이 추가된다.

 

Fertile material : 핵원료성핵종. 중성자를 흡수하여 Fissile로 전환되는 핵종. Th-232, U-234, U-238 등이 있다.

 

 

Th-232는 Fissile이 아니다.

 

정답 : 1번

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23. 일반적인 핵연료 재료에 요구되는 성질이 아닌 것은?
    ① 핵분열성물질의 원자밀도가 높아야 한다.
    ② 융점은 높고 변태점은 낮아야 한다.
    ③ 고온에서 화학적으로 안정되어야 한다.
    ④ 열전도율이 좋고 방사선 손상이 적어야 한다.

 

 

1. 핵분열성물질의 밀도가 높아야 효과적으로 핵분열을 할 수 있다.

 

2. 융점은 높아야 된다. 사고 시, 핵연료의 온도가 올라 핵연료 융점을 초과하게 되면 핵연료는 액체가 된다. 액체가 되면 기하학적 형상이 무너져 노심용융물이되어 원자로 하부 구조물을 녹여 뚫고 나올수도 있고, 밀집되어 임계폭주의 우려가 있다. 그리고 변태점도 높아야한다. 변태점이란, 상 변태가 시작되는 온도를 말하는데, 상변태가 되면 특성이 바뀌는 경우가 있기 때문에 상변화가 일어나지 않도록 해야한다.

예를들어, 금속우라늄의 융점은 1132도 이지만, 상변태점이 668도여서 핵연료 중심온도는 668도 이하로 제한되어야 한다. 

 

고온에서도 화학적으로 안정해야하고, 열전도율이 좋아야 핵연료 냉각에 유리하다. 

 

 

 

 

정답 : 2

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24. 핵연료 임계도에 영향을 미치는 고유 매개변수에 해당하는 것은?
    ① 중성자 감속작용    ② 질량    ③ 기하학적 구조    ④ 핵물질의 분포

 

 

핵임계에 영향을 미치는 변수는 다음과 같이 구분한다.

 

고유 매개변수 (조정 불가능 인자)

 - 밀도

 - 농축도

 - 분포상태 ( 균질 또는 비균질 )

 - 상호간섭 작용

 

1차 매개변수 ( 조정 가능 인자)

 - 농도

 - 질량

 - 기하학적 형태

 

2차 매개변수

 - 중성자 감속작용

 - 중성자 반사작용

 - 중성자 독성작용

 

 

정답 : 4

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25. 우라늄 농축공장에서 1 MTU의 농축우라늄(U-235의 질량비 4.8%)을 생산하기 위해 필요한 천연우라늄의 질량은?
   ① 6.6 MTU    ② 6.9 MTU   ③ 9.2 MTU    ④ 24 MTU

 

 

문제에서 조건이 빠져있다.

천연우라늄의 농축도는 0.7 %

감손우라늄의 농축도는 0.2 % 라고하여야 정답인 3번이 나온다.

 

천연우라늄을 농축하면 농축우라늄과 감손우라늄(폐기할 우라늄)이 나온다.

 

천연우라늄의 질량을 X, 농축우라늄의 질량을 Y, 감손우라늄의 질량을 Z 라고 하면 

다음 연립방정식을 세울 수 있다.

총 질량 유지 : X = Y + Z

 U-235의 양 유지 : 0.7 % * X = 4.8% * Y + 0.2 % * Z

 

문제에서 Y=1 로 주어졌으므로,

위 연립방정식을 풀 수 있는데, 풀어보면 천연우라늄은 9.2 MTU가 필요하다는 답이 나온다.

 

정답 : 3