[원자력기사 기출풀이] 2019년 핵재료공학 및 핵연료관리 11 ~ 15번

 

31. 원자력발전소의 설계 및 운전 인자 중 사용후핵연료의 연간 발생량과 반비례하는 인자만을 묶은 것은?
    ① 열효율-이용률    ② 전기출력-연소도   ③ 이용률-열효율   ④ 열효율-연소도

 

 

열효율 - 열효율이 높으면 적은 양의 연료만을 사용해도 되므로 사용후핵연료 발생량과 반비례한다.

전기출력 - 전기출력이 높으면 많은 연료를 사용해야하므로 사용후핵연료 발생량과 비례한다.

연소도 - 더 높은 연소도까지 연소시키면, 사용후핵연료 양을 적어진다. 핵연료를 조금씩 더 오래쓰겠다는 얘기다. 반비례한다.

이용률 - 이용률이 높으면, 원자로를 더 많이 돌린 것이므로 사용후핵연료 양이 많아진다. 비례한다.

 

 

 

 

정답 : 4

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32. 원자력발전소 불활성기체(Kr, Xe 등)의 환경 배출량을 저감하기 위하여 사용할 수 있는 공정만 나열한 것은?
    ① 고효율입자여과기, 활성탄 여과기
    ② 고효율입자여과기, 활성탄 지연대
    ③ 기체감쇠탱크, 활성탄 여과기
    ④ 기체감쇠탱크, 활성탄 지연대

 

 

 

불활성기체는 반응성이 낮아 여과기로 잡아낼 수 없다.

 

오로지 방사성붕괴로 인한 자연적인 방사능 감쇠로 저감할 수 있다.

따라서 기체감쇠탱크와 활성탄 지연대를 사용하면 된다.

 

기체감쇠탱크 - 기체를 탱크에 충분한 시간동안 저장하여 감쇠

활성탄 지연대 - 활성탄에 붙었다 떨어졌다 하면서 기체의 흐름이 지연되는 것을 이용하여 충분히 지연시킨 후 방출

 

정답 : 4

 

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33. 중수로 DUPIC(Direct Use of spent PWR fuel In CANDU reactor) 핵연료에 대한 설명 중 틀린 것은?
    ① 가압경수로의 사용후핵연료를 직접 중수로 연료료 사용한다.
    ② 플루토늄(Pu) 또는 우라늄(U) 분리 공정이 필요하다.
    ③ CANDU에 재사용이 충분한 핵분열성 물질을 함유하였다.
    ④ 고연소도 중수로용 핵연료로 이용이 가능하다.

 

DUPIC은 이름에서도 알 수 있듯이 경수로의 사용후핵연료를 직접적으로 중수로에서 사용하겠다는 얘기이다.

 

경수로의 사용후핵연료의 U-235 농축도는 원래 천연우라늄을 사용하는 중수로에서도 충분하기 때문이다.

이 방법의 장점은 Pu와 U를 분리하지 않고, 그냥 건식 공정으로 재가공만 해도 된다는 것이다.

핵확산저항성이 좋고, 자원재활용에도 좋고, 건식이라 폐기물발생도 적다.

하지만 경제성을 확보할만큼의 중수로 : 경수로 비용이 만족되지 않아 우리나라에서는 개발을 중단하였다.

 

 

정답 : 2

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34. 가압경수로형 원자로에서 인출된 사용후핵연료 붕괴열에 대한 방출특성을 설명한 것으로 가장 거리가 먼 것은?
    ① 인출 직후의 붕괴열은 초기 약 10년 동안 1/100 미만으로 감소한다.
    ② 약 80년까지 핵분열 생성물의 붕괴열이 대부분을 차지한다.
    ③ 약 80년까지 붕괴열은 주로 방사성 세슘, 바륨, 스트론튬 및 이트륨의 방사성 붕괴에 기인한다.
    ④ 인출 후 약 100년 이후에는 반감기가 긴 Tc-99 및 I-129의 붕괴열이 대부분을 차지한다.

 

 

 

사용후핵연료의 초기 발열량은 대부분 핵분열생성물이다.

그중에서도 Sr-90과 자핵종인 Y-90, Cs-137과 자핵종인 Ba-137m의 기여가 매우 크다.

80년이 지난후에는 악티나이드핵종의 붕괴열이 핵분열생성물보다 더 크다.

악티나이드핵종 : 원자번호가 큰 U, Pu, Np, Am 등

 

100년 후에도 I-129와 Tc-99는 반감기가 길어 오랫동안 붕괴열을 방출하는 것은 맞지만, 악티나이드의 붕괴열이 더 지배적이다.

 

 

정답 : 4

 

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35. 사용후핵연료 중간저장시설의 핵임계 안전성에 관한 설명으로 틀린 것은?
    ① 사용후핵연료의 초기농축도가 다양한 경우, 농축도의 다양성을 모델링하지 않고 최대 농축도를 적용하여 핵임계 안정성을 평가할 수 있다.
    ② 핵임계 안전성을 평가할 때, 핵연료 관련 데이터의 불확도를 고려하여야 한다.
    ③ 고정식 중성자흡수체 또는 연소도이득을 우선 적용하여 미임계를 유지하고, 부족할 때 기하하적 배열 및 배치를 추가적으로 고려할 수 있다.
    ④ 동시에 저장, 취급 및 운반될 수 있는 사용후핵연료 최대 수량을 가정하여 핵임계 안전성을 평가한다.

 

사용후핵연료의 핵임계 안전성은 보수적으로 평가하는 것이 중요하다.

 

1, 2, 4번 모두 보수적인 가정 하에, 즉, 증배계수가 가장 최대가 되는 조건 하에서 핵임계 설계를 수행한다.

 

3번 : 우선적으로 기하학적 배열과 배치를 고려한다. 충분히 이격시켜 저장한다. 그래도 저장공간이 모자라는 경우, 중성자흡수체와 연소도이득을 적용하여 저장량을 늘릴 수 있다.

연소도 이득 : 새핵연료의 농축도를 적용하지 않고, 연소된 만큼 농축도를 차감하여 계산하는 것.

 

 

 

정답 : 3