1. 다음 중 출력결손을 계산하기 위해 고려해야할 반응도계수가 아닌 것은?
① 핵연료 온도계수
② 기포 계수
③ 미분제어봉가
④ 감속재 온도계수
<풀이>
출력결손은 정상 운전 시 부반응도로 인한 출력의 감소를 말한다. 반응도계수란 어떤 반응에 의해 일어난 현상이 그 반응에 어떤 영향을 주는지를 보여주는 수치이다.
핵반응으로 인해 노내의 온도 변화가 핵반응에 어떤 영향을 주는가를 나타내는 것이 온도계수이다. 온도계수가 (+)라면 노심의 온도가 상승하고 핵반응이 촉진된다. (-)는 그 반대이다. 이러한 온도계수에는 ① 핵연료 온도계수, ④ 감속재 온도계수가있다. 노심의 온도 상승으로 냉강재가 기화하면 기포가 발생한다. 원자로에서 기포율의 변화는 통상 원자로의 반응도에 영향을 끼칠 수 있다. 수증기의 밀도는 액체의 밀도보다 작기 때문이며 이 정도를 ② 기포 계수로 나타낸다.
③ 미분제어봉가는 ∆ρ/∆x 로 정의된다. ∆x 는 노심 상부에서 노심 내부로 삽입되는 제어봉의 삽입량의 변화이고, ∆ρ 는 반응도의 변화이다. 미분제어봉가는 정상 운전 시가 아니므로 출력결손과는 무관하다.
부반응도: k가 1보다 작고 ρ가 임수일 때의 반응도를 부반응도(negative reactivity)라고 함.
2. 미임계 원자로에서 미임계증배계수(M)와 유효증배계수(K_eff)의 관계를 올바르게 표현한 것은?
① M = 1 / (1 + K_eff)
② M = 1 / (1 - K_eff)
③ M = (1 + K_eff) / K_eff
④ M = (1 - K_eff) / K_eff
<풀이>
원자로는 정지 상태에 있을 때에도 중성자가 여전히 존재하며, 핵연료와 상호 작용을 한다. 따라서 항상 적은 수의 핵분열이 발생한다. 유효증배계수(k_eff)가 1 미만일때, 원자로는 미임계 상태이다. 이때의 미임계증배계수는 ② 1 / (1 - K_eff)로 구할 수 있다.
3. 원자로 출력은 유효증배계수(k_eff)를 변화시켜 조절한다. 유효증배계수와 관련한 여섯가지 인자 중에서 어느 인자를 조절하는 것이 가장 용이한가?
① 열중성자 이용계수(thermal utilization factor)
② 공명이탈확률(resonace escape probability)
③ 열중성자 비누설확률(thermal neutron non-leakge probability)
④ 속분열계수(fast fission factor)
<풀이>
중성자 누설을 고려한 증배계수를 유효증배계수(effective multiplication factor)라고 한다. 수식은 다음과 같다.
K_eff = ε·p·f·η·(L_f)·(L_th)
ε: 속분열계수(fast fission factor)
p: 공명이탈확률(resonace escape probability)
f: 열중성자 이용계수(thermal utilization factor)
η: thermal fission factor
L_f, L_th: 비누설확률(non-leakage probablity)
이 6가지 인자 중에서 운전 중 조절이 가능한 것은 ① 열중성자 이용계수(thermal utilization factor)이다. 제어봉이나 CVCS를 통해 조절이 가능하다.
4. U-235의 거시적 핵분열단면적은?
단, U-235의 밀도 = 18.9 g/cm^3, U-235의 미시적 핵분열단면적 = 580 barn 이다.
①