[원자력기사 실기] 16년 해설 (1 ~ 5번)

※ 공부하는 수험생 입장에서 원자력기사에 관한 문제 해설조차 없는게 안타까워 만들었습니다.

저도 공부하는 입장이라 잘 모르는 부분이 많습니다.

애매한 부분은 빨간색으로 표시했으니, 참고하시면 좋을 것 같습니다.

강조하고 싶은 부분은 형광색으로 표시했습니다.

혹 잘못된 부분, 더 좋은 풀이를 알고 계신 분들은 댓글로 남겨주세요.

 

원자력기사 실기, 필답형 필승전략, 기출모음

모든 문제는 위의 블로그 게시글에서 가져왔음을 밝힙니다.

본 게시글은 PC에 최적화되어 있습니다.

 

실기는 기본적으로 생각을 적는 것이 많습니다.

이 점 꼭 유의하시고 읽어주시기 바랍니다.

 

다른 실기 해설들은 https://aivory.tistory.com/72 에서 찾을 수 있습니다.

 

 

1. 반치폭 계산

 

풀이과정이 맞는지 잘 모르겠습니다.

 

조건은 다음과 같습니다.

 

-> K40에서 방출된 1460KeV 방사선에 대한 에너지분해능이 6%인 검출기로

Cs137에서 방출된 662KeV 방사선을 측정할 때의 반치폭

 

에너지분해능 R은

 

$$R=\frac{FWHM}{E}\times 100(\mathrm{\%})$$

 

(단, FWHM은 반치폭, E는 에너지)

 

$$6=\frac{FHWM}{1460},\therefore FHWM=8760[KeV]@K40$$ 

$$6=\frac{FHWM}{662},\therefore FHWM=3972[KeV]@Cs137$$

 

+ 에너지 분해능은 낮을수록 좋습니다.

따라서, 에너지가 클수록, 반치폭이 작을수록 분해능이 좋습니다.

 

 

 

2. 충돌 횟수 계산

 

조건은 다음과 같습니다.

 

평균 대수에너지 감쇠 0.2, 충돌 전 1MeV, 충돌 후 1eV

 

 

평균 에너지 감쇠는 르사지(Lethargy, ξ)입니다.

 

질량이 작을수록 충돌 당 에너지를 크게 잃는다는 점은 알고 계신가요?

 

위의 표를 보면 알 수 있듯이 ξ는 한 번 충돌 당 잃는 에너지 양입니다.

물에 한 번 부딪히면 92%의 에너지를 잃는다는 말입니다.

즉, 1 - ξ 만큼 에너지가 남는다는 뜻입니다.

 

따라서, ξ가 0.2라는 점은 한 번 충돌 후 0.8의 에너지가 남는다는 말입니다.

 

따라서,

 

$${10}^6\times (0.8{)}^x=1$$

 

$$lo{g}_{0.8}(\frac{1}{{10}^6})=61.91\therefore x\approx 62$$ 

 

 

3. 원자로 주기 계산

 

조건은 다음과 같습니다.

 

20초 후 원조로 출력이 초기 출력의 100000배인 경우 원자로 주기

 

$$P=P_0{e}^{\frac{t}{T}}$$

 

$$100000=1\times e^{\frac{20}{T}}$$

 

$$\therefore T=1.737[s]$$

 

 

 

+ 기동율(SUR)은 26/T이므로

 

약 15[dpm]이 되겠네요.

 

 

4. 표준편차 계산

 

조건은 다음과 같습니다.

 

미지의 시료를 1분간 측정하여 500cpm을 얻었을 때

표준편차가 계수율의 1%가 되는 측정시간

 

시료든 백그라운드든 계수율과 표준편차는 다음과 같습니다.

 

$$\frac{N}{t}\pm \frac{\sqrt{N}}{t}=n\pm \sqrt{\frac{n}{t}}$$

 

(단, N은 계수치, n은 계수율, t는 계수시간)

 

문제 조건이 1분간 측정하여 500cpm이므로

 

N은 500counts, n은 N/t 이므로 500cpm, t는 1분입니다.

 

표준편차는

 

$$\frac{\sqrt{N}}{t}=\frac{\sqrt{500}}{1}=22.36[cpm]$$

 

 

목표는 표준편차가 계수율의 1%가 되는 측정시간을 구하는 것입니다.

 

계수치 N 값을 x로 두겠습니다.

 

그러면 다음과 같은 식을 만족할 것입니다.

 

$$\frac{\sqrt{x}}{t}=0.01\times \frac{x}{t}$$

 

$$x=\sqrt{x}\times \sqrt{x}$$

 

이므로, 식을 정리하면

 

$$\therefore x=10000[counts]$$

 

1분에 500 counts이므로 10000counts는 20분입니다.

 

$$\frac{\sqrt{10000}}{20}=0.01\times \frac{10000}{20}$$

 

역으로 계산해도 올바른 결과가 나옵니다.

 

 

5. Pu239 생산과정, 노심 주기에 따른 반응도 변화

 

https://www.researchgate.net/figure/Transmutation-trajectories-of-238-U-family-for-period-A_fig1_359369009

 

오른쪽 그림처럼 Pu239는 U238이 변환되어 생깁니다.

 

이러한 원소들을 Fertile이라고 부르고 이러한 과정을 Transmutation이라고 합니다.

 

아시다시피 원자로에는 U238이 풍부하게 있습니다. 중성자도 물론 풍부하게 있습니다.

 

따라서 이러한 과정을 통해 Pu239가 원자로 내부에서 생산됩니다.

 

 

노심 주기에 따른 반응도 변화

 

"핵연료가 장전된 노심이 핵연료 교체 없이 정규출력(100% 출력)을 생산하는 기간을 노심주기길이라고 한다. 통상 15~18개월 정도이다. 주기길이가 너무 짧으면 경제성이 떨어지고 너무 길면 노심안전성 관리가 어렵다. 노심에 적정량의 잉여반응도(excess reactivity)를 삽입하여 노심을 약간의 초임계(supercritical)로 만들어 운전을 하다가 핵분열 용이물질이 소모되면서 임계(critical)상태를 지나 미임계(subcritical) 상태에 이르면 연쇄반응이 줄어들면서 종래는 원자로가 정지되게 된다."

 

원자로 노심 - Atomic Wiki