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• 2.4.3 임계원자로 조건 및 인자 설정 2.4.3 임계원자로 조건 및 인자 설정 ■ 임계방정식 원자로가 외부의 중성자 공급없이 일정한 수의 중성자를 유지하기 위해서는 지속적으로 중성자를 생성하는 반응이 일어나야 한다. 중성자를 생성하는 연쇄반응으로 유효증배계수 Keff = 1일 경우의 원자로를 임계상태라고 한다. 임계 원자로의 임계상태는 다음과 같은 복잡한 공식(임계방정식)을 이용하여 나타낸다. 이 공식을 이용하여 임계 상태의 핵연료 질량, 노심의 크기/형태를 계산할 수 있다. keff = 유효중성자 증배계수η = 중성자 재생계수ε = 속중성자 분열인자p = 공명이탈확률f = 열중성자 이용률B2 = 버클링L2th = 열중성자 확산면적τ = 페르미 연령 위 식에서 η, ε, p, f는 원자로 크기/형태와 무관하고 연료의 종류, 감속재 및 연료봉.. 더보기
• 2.4.1 임계도, 증배계수, 잉여반응도, 반응도의 정의 및 단위(2) [원자력기사] 2.4.1 임계도, 증배계수, 잉여반응도, 반응도의 정의 및 단위 ■ 반응도(ρ)의 정의 반응도는 현재의 유효증배계수(Keff)가 임계 상태와 차이나는 정도를 나타내는 값이다. 원자로 반응도의 차이에 따라 임계상태를 표현하면 다음과 같다. ρ > 0 초임계 (Super Critical)ρ = 0 임계 (Critical) ρ < 0 미임계 (Sub Critical) 그렇다면 반응도는 어떻게 계산하는지 알아보자. 반응도는 유효증배계수와 임계상태와의 차이라고 했으므로, 다음과 같은 공식으로 표현된다. ρ = (Keff - 1) / Keff ρ = Kex / Keff ρ = △K / Keff 위 식은 1개의 유효증배계수를 이용하여 원자로의 반응도 값을 표현한 것이다. 위 식을 적용하여 예제 1번을 풀어보면 어떻.. 더보기
• 2.4.1 임계도, 증배계수, 잉여반응도, 반응도의 정의 및 단위(1) [원자력기사] 2.4.1 임계도, 증배계수, 반응도의 정의 및 단위, 잉여반응도 원자로 내의 중성자는 핵분열을 일으키고 그 결과로 새로운 중성자가 생성된다. 원자로의 출력을 제어할 때는 이러한 중성자의 연쇄반응을 제어해야 한다. 앞서 원자로에서 생성된 중성자를 감속(속중성자 → 열중성자) 시키는 개념인 감속능 감속비 등을 이해하였다. 그렇다면 감속된 중성자가 원자로에 미치는 영향을 표현한 공식을 이해해 보자 ■ 임계도 임계도는 원자로가 출력이 오르는지 혹은 내리는지의 상태를 표현하기 위해 사용하는 정의이다. 중성자는 그림과 같이 원자로 내 핵연료인 우라늄과 반응한 이후 새로운 중성사를 생성시킨다. 만약 중성자 수가 증가하고 핵분열이 점점 많이 일어나게 되어 출력이 상승하면 초임계 (Super Critical) 이라고 .. 더보기
• 2.3.2 감속재의 요건 [원자력기사] 2.3.2 감속재의 요건 원자력발전소는 노형에 따라 물(H2O), 중수(D2O), 탄소(C) 등 여러 감속재를 사용한다. 그래서 각 원자력 발전소는 노형의 특성에 따라 감속재를 선택할때는 여러 요인들을 고려하여 선택한다. 이러한 요인들을 이해하기 위하여 2.3.1절에서 감속능과 감속비의 의미를 살펴보았다. 국내 원자력발전소는 경주에 위치하고 있는 중수로를 제외하고는 물을 감속재로 사용하고 있다. 그렇다면 왜 물을 사용하고 있는지, 감속재는 어떤 조건을 가지고 있어야 하는지 살펴보자 ■ 감속능 요소 감속능은 중성자가 핵에 충돌하여 얼만큼의 에너지를 잃는지를 나타낸다. 그리고 감속능을 나타낼때 대수적 에너지 감쇄율(ξ)을 사용한다. (2.3.1절 참조) 원자력발전소에서 좋은 감속재는 중성자를 잘 감속시킬 수.. 더보기
• 2.3.1 감속능과 감속비 [원자력기사] 2.3.1 감속능과 감속비이 장에서는 중성자를 왜 감속하는지 알아보고, 감속능과 감속비를 어떻게 계산하는지 알아볼 것이다. ■ 중성자의 감속 원자력발전소는 원자로에 존재하는 중성자를 조절하여 원자로 출력을 제어한다. 원자로에 존재하는 중성자는 속도 또는 에너지에 따라 열중성자, 열외중성자, 속중성자 등이 있다. 원자로 내에서 속중성자(빠른 중성자)는 많은 핵반응을 일으키지 못하고 빠르게 핵연료를 벗어난다. 그러나 열중성자(느린중성자)는 원자로 내에서 오랫동안 머무르며 핵반응을 일으킬 수 있다. 따라서 원자로내의 중성자를 속중성자에서 열중성자로 속도를 감속 시켜야 한다. 2.2.2장에서 이야기한 탄성산란 예를 들면, 작은 중성자가 매우 큰 원자핵에 정면충돌하면 원자핵은 꿈적도 하지 않고 중성자가 반대로 다.. 더보기
• 2.2.3 혼합물의 단면적 [원자력기사] 2.2.3 혼합물의 단면적 ■ 거시적 단면적 거시적 단면적은 2.2.1절에서 단위부피(1cm3)에 포함되어 있는 모든 핵들의 거시적 단면적을 합한 것이라고 정의하였다. 따라서 거시적 단면적은 미시적 단면적에 원자밀도를 곱한 단면적이다. 여기서 주의해야 할 점은 원자밀도(원자수/cm3)이다. 우리가 흔히 쓰는 질량/부피(g/cm3)는 원자밀도가 아닌 질량밀도 이다. 만약 원자력기사 문제에서 질량밀도(g/cm3)가 주어진다면, 질량밀도를 원자밀도(원자수/cm3)로 환산해주어야 한다. 원자밀도를 구하는 식은 다음과 같다. 원자밀도 = (질량밀도 × NA ) / M NA(아보가드로의 수) = 6.02 × 1023 개M = 원자질량(g) 이 식에 대한 이해는 식만 외우기 어려우므로 아래의 기출문제를 풀어보며 확인.. 더보기
• 2.2.2 단면적의 종류(2) [원자력기사] 2.2.2 단면적의 종류(2) 미시적 단면적은 실험으로 얻은 데이터이다. 따라서 우리는 중성자 에너지에 따른 단면적이 왜 이런 값을 가질까? 라는 의문보다, 실험에 의해 "이러한 값이 도출 됐구나" 하고 문제에 적용시키면 된다. ■ 중성자에너지와 산란단면적 산란은 중성자 에너지와 별개로 핵과 직접 충돌하여 튕겨나갈때 발생한다. 따라서 산란단면적은 중성자 에너지와 무관하게 거의 일정한 값을 갖는다. ■ 중성자에너지와 흡수단면적 그중성자 에너지는 그림에서 보는 것과 같이 3가지 영역으로 구분할 수 있다. 그림 X축은 중성자의 에너지를 나타내며, 중성자의 에너지가 작으면 속도가 느리고 중성자의 에너지가 크면 중성자의 속도가 빠르다는 의미이다. ▷ 열중성자 영역 (0.1 MeV 이하) 중성자 에너지가 0.1 M.. 더보기
• 2.2.2 단면적의 종류(1) [원자력기사] 2.2.2 단면적의 종류(1) 미시적 단면적(σ)은 산란단면적과 흡수단면적으로 구분된다. 산란(Scattering)의 사전적 의미는 "파동이나 입자선이 물체와 충돌하여 여러 방향으로 흩어지는 현상"으로 정의된다. 그리고 흡수(Absorption)은 "전자기파나 입자선이 물질속을 통과할때 에너지나 입자가 물질에 빨려들어 그 세기나 입자수가 감소하는 현상"으로 정의된다. 따라서 산란단면적은 중성자가 핵과 충돌하여 튕겨 나가는 것을 뜻하며, 흡수단면적은 중성자가 핵과 충돌해 핵에 흡수되는 것을 의미한다. 그렇다면 각 단면적은 어떻게 구성되는지 살펴보자 | 산란단면적 (Scattering Cross Section, σs)의 종류 산란은 앞서 설명한듯 중성자가 핵과 충돌하여 진로가 변하거나, 운동에너지가 변하는 .. 더보기
• 1.1.1 노심반응도 제어방법(2) [원자력기사] 1.1.1 노심반응도 제어방법 원자로 제어란 원자로 내(노심)의 반응도를 변화시키므로써 출력을 임의로 증가 또는 감소시키는 기능이다. 반응도의 제어는 앞서 간략히 살펴본 제어봉이나 붕소 등 독물질의 양을 변화시키는 직접적인 방법이 있으며, 운전 상태에 따라 자연적으로 발생하는 인자도 있다. ■ 인위적 반응도 제어수단 ▷ 제어봉▷ 수용성 독물질 ■ 운전조건에 따른 반응도 변화인자 1) 단기인자 : 단기인자들의 조건이 변하면 매우 빠르게 중성자에 영향을 주므로, 수초 혹은 수분에 원자로 반응도에 영향을 미친다. ▷ 연료온도▷ 감속재밀도▷ 감속재온도▷ 기포량▷ 감속재 압력 연료 온도나 감속재 온도와 같이 발전소 상태가 변하면 즉각적으로 반응도가 변하게 된다. 이는 핵연료온도계수(도플러 효과), 감속재온도계수 .. 더보기
• 2.2.1 단면적의 정의(2) [원자력기사] 2.2.1 단면적의 정의 (2) ■ 거시적 단면적(Macroscopic Cross Section)이란? 『1cm2 중에 함유된 원자핵 단면적의 총합』 거시적 단면적( ∑ )의 정의는 1cm3에 포함되어 있는 모든 핵들의 미시적 단면적을 합한 것이다. 그리고 앞서 미시적단면적은 한개의 중성자와 충돌하는 한개의 핵의 유효표면적(σ)을 뜻하는 것을 알았다. 그렇다면 미시적 단면적을 이용하여 거시적 단면적을 수식으로 표현해보면 다음과 같다. 거시적 단면적(∑) = 부피당 원자수(N) × 미시적 단면적(σ) ∑ = Nσ ■ 거시적 단면적의 단위는? 거시적 단면적은 1cm3에 포함되어 있는 모든 핵들의 미시적 단면적을 합한 것이므로, ∑ = [부피당 원자수(N, 개) × 미시적 단면적(σ, cm2)] / 부피(V,.. 더보기
• 5.1.2 금속 핵연료 [원자력기사] 5.1.2 금속 핵연료 ■ 금속핵연료란? 금속 핵연료재료는 금속 우라늄이나 금속 플루토늄 또는 그 합금을 그대로 원자로의 연료로 사용한 것을 말한다. 원자로 개발 초기에는 핵연료 밀도가 높고 가공이 용이한 금속 핵연료재료가 주로 사용 되었다. 그러나 현재 상업용 원자로에서는 앞절에서 설명한 세라믹 핵연료가 주로 사용된다. 금속핵연료 재료는 고온에서 안정적이지 못하다. 따라서 낮은 온도로 운전되는 연구용 원자로에서 U-Al, U-Mg, U-Zr 등 합금 금속 핵연료로 사용된다. 이중 U-Zr 합금이 대표적인 금속 핵연료 재료이다. 한국원자력연구원(KAERI)는 SFR원형로(PGSFR)에 장전할 금속 핵연료 집합체 시제품을 완성했다. SFR은 현재 가동중인 3세대 원전보다 지속가능성, 안전성, 경제성, 핵비.. 더보기
• 2.2.1 단면적의 정의(1) [원자력기사] 2.2.1 단면적의 정의 (거시적, 미시적) 원자력기사 시험에서 단면적의 정의는 복잡한 계산 보다는 그 의미를 파악하는 것이 중요하다. 기출문제 또한 계산식보다는 정의를 물어보는 문제 위주로 출제되고 있다. 단면적의 의미를 정확히 이해하기 위해서는 먼저 중성자속의 의미를 이해해야 한다. ■ 중성자속(Φ, Neutron Flux )이란? 중성자속은 한자로 中性子束(가운데중; 성품성; 아들자; 묶을속)와 같이 쓰므로, 중성자 묶음을 이야기 한다. 이때 묶음이란, 단위시간에 단위면적을 통과하는 중성자 수를 말한다. 이말은 뜻은 또다시 중성자 방출의 강도를 의미하기도 한다. 단위 시간당 단위 면적을 통과하는 중성자의 수 따라서, 중성자속 = [중성자수(N)]/[시간(sec) × 통과면적(cm2)]로 나타낼 수 .. 더보기
• 5.1.1 세라믹 핵연료 [원자력기사] 5.1.1 세라믹 핵연료핵연료의 재료(Nuclear Fuel Material)와 관련된 내용을 다루고 있는 본 장은 핵연료 종류 중 세라믹 핵연료와 금속핵연료의 특성을 알아볼 계획이다.먼저 핵연료재료가 가져야 하는 일반적인 특성을 살펴보자. 일반적인 특성은 핵연료 재료가 금속형태이던, 액체형태이던 간에 핵연료가 가지고 있어야 하는 효율적이고 안전하게 에너지를 발생시킬 수 있는 재료의 성질이다. ■ 핵연료 재료에 요구되는 성질 일반적으로 핵연료 재료(Nuclear Fuel Material)로서 요구되는 성질은 아래와 같다. 1) 핵분열성 물질의 원자밀도가 높은 재료2) 열전도율이 좋은 재료3) 핵분열 생성물(fission products)의 밀폐와 유지성이 좋은 재료4) 고온에서 화학적으로 안정적인 재료5.. 더보기
• 2.1.4 다중방벽 ■ 다중방벽 원자력발전소는 에너지를 만드는 과정에 방사선과 방사성 물질이 발생하기 때문에 안전을 최우선으로 고려해야 한다. 앞장에서 설명하였듯이 원자력발전소의 안전조치는 심층방어라고 할 수 있는데, 심층방어는 여러곂의 안전장치를 말하며 다중방호와 다중방벽을 합친 개념이다. 이중 다중방벽은 원자력 발전소에서 방사성물질이 발전소 외부로 누출되는 것을 방지하기 위하여 그림 1과 같이 5겹의 방호벽을 말한다. 그림 1. 원자력발전소 다중방벽(출처 : http://www.khnp.co.kr/content/152/main.do) ▷ 1 방호벽 1 방호벽은 핵연료 펠렛으로, 핵분열에 의해 발생된 방사성 물질 대부분을 핵연료 안에 가둬둘 수 있다. ▷ 2 방호벽 2 방호벽은 핵연료 피복관으로, 핵분열에 의해 생기는 방.. 더보기
• 2.1.3 심층방어 원리(2) [원자력기사] 2.1.3 심층방어 원리 (2) -다단계 방호의 수단 앞에서 다단계 방호의 목표를 살펴 보았다. 그렇다면 이번에는 다단계 방호의 각 단계의 목표를 달성하기 위한 수단을 살펴 보자. 다단계 방호는 앞 단계가 그 기능 수행에 실패하면, 다음 단계가 연속하여 방호기능을 수행하는 개념임을 이야기 하였다. 그렇다면, 연속하여 방호기능을 수행하기 위하여 그림 1의 각 다단계 방호 핵심수단을 살펴보자. 그림 1. 심층방어 목표와 핵심수단 ■ 1단계 이상작동 및 고장을 방지하기 위해서는 보수적으로 설계하고, 발전소를 보수적으로 운영함으로써 심각한 사고가 일어날 가능성을 최소화 한다. ■ 2단계원자력발전소는 정상운전문제 발생시 조기에 탐지하고 최대한 신속하게 대응하기 위하여 제어 및 보호계통 및 감시설비를 다양하게 구비.. 더보기
• 2021년 원자력기사 시험 일정 2021년도 원자력기사 필기 시험 일정이 몇일전에 공지되었다. 2020년에는 원서접수를 8월달에 시작했지만, 2021년에는 1월달에 시작될 예정이다. 2020년 시험이 코로나로 인하여 취소됐으니, 2020년 시험이 5개월 정도 미뤄 진 것으로 보면 될 것 같다. ■ 시험 접수2021년 01월 04일 09:00 (월요일) ~ 01월 08일 18:00 (금요일) ■ 시험 접수방법 ▷ http://license.kins.re.kr 에서 인터넷 접수 ▷ 18,800원 ■ 시험 일시 2021년 01월 31일 (일요일) 13:00 ~ 16:20 ■ 시험 장소 충남대학교 사회과학대학 ■ 시험과목시험 과목은 기존과 동일하며, 각 과목별 시행 시간은 다음과 같다. ▷ 원자력기초 ▷ 핵연료와 핵화학공학 ▷ 원자력계통공학 .. 더보기