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 등이 있다. (원자력기초 2.7.1절 참고)

2) 중기인자

: 중기 인자인 Xe과 Sm이 축적되리까지 시간이 소요되므로, 수시간 또는 수일에 원자로 반응도에 영향을 미친다.

▷ Xe-135 농도

▷ Sm-149 농도

Xe-135, Sm-149은 핵분열에 의해 생성된 핵분열 단편들이다. 

이 핵분열 단편들은 중성자 흡수단면적이 크므로, 중성자를 흡수하여 반응도에 영향을 미친다.

3) 장기인자

: 노심의 전 수명에 걸쳐 반응도에 영향을 미친다.

▷ 연료 연소

▷ 플루토늄 축적

▷ 가연성 독물질 소멸

▷ 분열 생성 독물질 축적

발전소를 운전하면서, 연료가 연소가 되어 감소되면 점점 중성자의 핵반응을 일으키기 어렵게 된다.

그리고 가연성 독물질 또는 발전소가 운전하며 독물질(붕소)이 소멸되어 중성자를 잘 흡수할 수 없게 된다.

이외에도 플루토늄 축적, 분열생성 독물질 축적 등 다양한 인자들이 영향을 줄 수 있다.

예제 1 (2008년 원자력기사 기출)

원자로 운전시 장기적인 반응도 제어 수단은?

① 연료온도

② 감속재 온도

③ 감속재 붕소농도

④ 제어봉

정답) ③ 

① 연료온도, 감속재 밀도, 감속재 온도는 대표적인 단기인자이다.

② 연료온도, 감속재 밀도, 감속재 온도는 대표적인 단기인자이다.

③ 장기 인자에는 연료 연소, 플루토늄 축적, 가연성 독물질 소멸, 분열 생성 독물질 축적이 있다. 이중 감속재 붕소농도는 가연성 독물질 소멸이 이에 해당한다.

④ 제어봉은 인위적이고 직접적인 반응도 제어 수단이다. 제어봉은 정상 운전시 모두 인출된 상태로 유지되므로, 장기적인 반응도 제어수단으로 볼 수 없다.

예제 1 (2013년 원자력기사 기출)

노심의 반응도에 영향을 미치는 것은 여러 가지가 있다. 다음중 가장 빠르게 반응하는 변수는?

① 분열생성 독물질(Xe,Sm)의 농도변화

② 가연성 독물질의 연소

③ 플루토늄의 축적

④ 등온 온도계수(ITC)의 변화

정답) ④ 

노심의 반응도가 가장 빠르게 변하는 변수를 묻고 있으므로 단기인자 중에서 답안을 고르면 된다. 온도계수는 노심의 온도변화에 따라 즉각적으로 반응도에 영향을 미친다. 따라서 정답은 ④번 이다.