개념 한 쪽
원자로 문항은 네 덩이로 나뉜다 — 원자로가 화력의 보일러 역할을 한다는 대응(건설비·터빈 규모 비교), 카드뮴 제어봉의 중성자 흡수, 감속재·냉각재의 재료(경수·중수·흑연, 납은 탈락), 그리고 보이드계수의 정의. 「건설비가 화력보다 싸다」는 방향이 비교 문항의 틀린 보기 자리다.
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출제기준 단원 「원자력의 이론과 원자로」의 공개 문제 10개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 원자로·화력 비교 | 3 | 보일러 대응·건설비·터빈 규모의 틀린 것 |
| 발전 특징 고르기 | 2 | 연료 장전·증기 조건·방사선 설비 판정 |
| 감속재·냉각재 | 3 | PWR의 경수 겸용·납 부적합 |
| 제어봉 역할 | 1 | 카드뮴의 중성자 흡수·연쇄반응 제어 |
| 보이드계수 정의 | 1 | 증기량 1% 변화에 대한 반응도 |
원자력발전소는 화력발전소와 같은 증기 사이클을 돌되, 연료를 태워 증기를 만드는 보일러 자리를 원자로와 열교환기(증기발생기)가 대신한다. 원자로는 핵분열 반응의 열로 물을 가열해 증기를 내는 장치다. 원자로에서 나오는 증기는 온도·압력이 화력보다 낮아 같은 출력이라도 터빈과 복수기가 더 크고, 방사능 차폐 시설 투자가 별도로 필요하다. 건설비는 화력보다 훨씬 비싸다 — 「건설비가 화력에 비해 싸다(낮다)」는 서술이 비교 문항에서 틀린 것의 정답이 된다.
발전 방식의 특징은 셋으로 묶는다. 처음에 과잉량의 핵연료를 넣고 그 뒤로는 조금씩 보충하므로 연료의 수송·저장 부담이 작다. 핵연료의 허용온도와 열전달 특성으로 증발 조건이 정해져 비교적 저온·저압의 증기로 운전한다. 핵분열 생성물 때문에 방사선 측정기와 폐기물 처리 장치가 필요하다. 「건설비가 낮아 발전원가 면에서 유리하다」는 특징이 아닌 것으로 처리되고, 「건설비와 연료비가 높다」도 특징이 아닌 것으로 처리된 문항이 있다(출제 측이 다른 보기와 복수 인정한 문제) — 재료의 결론은 건설비는 높고 핵연료 부담은 작다는 쪽으로 정리한다.
원자로 안의 재료 구분. 제어봉은 카드뮴(Cd)처럼 중성자 흡수단면적이 큰 물질로 만들어 노내 중성자 수를 줄여 핵분열 연쇄반응의 속도를 조절한다 — 중성자를 공급하는 것(중성자원), 중성자 운동을 늦추는 것(감속재), 핵분열을 직접 일으키는 것(핵연료)은 모두 다른 역할이란 점이 오답 보기의 뼈대다. 감속재는 고속중성자를 열중성자로 늦추는 구실을 하며 중성자 흡수가 적고 가벼운 물질 — 경수·중수·흑연(·베릴륨)이 쓰인다. 납(Pb)은 원자량이 커 감속능력이 거의 없어(주로 차폐재로 쓰인다) 감속재로는 부적합하다. 가압수형 원자로(PWR)에서는 감속재·냉각재·반사체 구실을 경수(H₂O)가 겸한다.
보이드계수는 비등수형 원자로 노심의 증기량(기포율)이 1% 변할 때 반응도가 얼마나 변하는지를 나타내는 값이다. 증기가 늘면 감속 효과가 줄어 반응도가 낮아지므로 통상 음(−)의 값을 가져 안전성에 기여한다. 연료나 냉각재의 온도 1도 변화에 대한 반응도 변화는 다른 계수의 정의라 오답 보기가 된다.
① 원자로 = 화력의 보일러(원자로+열교환기). ② 비교: 건설비 비쌈 · 터빈·복수기 대형 · 차폐 시설 필요. ③ 카드뮴 제어봉 = 중성자 흡수 → 연쇄반응 제어. ④ 감속재: 경수·중수·흑연, 납 제외 · PWR은 경수가 감속·냉각·반사 겸함. ⑤ 보이드계수: 증기량 1% ↔ 반응도 변화(통상 음).
원자력 발전의 특징이 아닌 것은?
정답 ① · 이 문제는 출제 당시 가답안 발표 시 ①번으로 발표되었으나, 확정답안 발표 시 ①·③번이 복수정답으로 인정된 문제입니다(본 DB에서는 ①번을 정답으로 처리). 원자력발전은 건설비와 연료비(핵연료)가 상대적으로 높고(①이 '틀린 것'이라는 근거: 실제로는 연료비가 화력보다 낮다는 것이 통설이라 오류설도 있음), 관련 산업 발전에 기여하며, 방사선 측정 및 폐기물 처리 설비가 필수적입니다.
원자력은 건설비는 크지만 핵연료가 소량이라 연료비는 낮으므로 '건설비와 연료비가 높다'는 특징이 아니다.
원자력 발전소와 화력발전소의 특성을 비교한 것 중 틀린 것은?
정답 ② · 원자력발전소는 초기 건설비가 화력발전소보다 훨씬 비쌉니다(원자로, 격납용기, 방사선 차폐시설 등 고가 설비 필요). 따라서 "건설비가 화력발전소에 비해 싸다"는 설명은 틀린 것입니다.
원자력 발전소는 건설비가 비싸고 연료비가 싸며, 화력발전소는 그 반대 구조이다.
원자로에서 카드뮴(Cd) 막대가 하는 일을 옳게 설명한 것은?
정답 ④ · 카드뮴(Cd)은 중성자 흡수단면적이 매우 큰 물질로, 원자로 내에서 **제어봉(제어재)**으로 사용되어 중성자수를 흡수·감소시켜 핵분열 연쇄반응의 속도를 조절(제어)하는 역할을 합니다. 중성자를 공급하거나 감속시키는 것은 각각 중성자원·감속재의 역할이며, 핵분열을 직접 일으키는 것은 핵연료(우라늄 등)입니다.
카드뮴은 중성자 흡수단면적이 커 제어봉으로 쓰이며, 중성자수를 감소시켜 연쇄반응을 제어한다.
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