감속재

감속재의 정의

고속중성자를 열중성자로 낮추는 물질이 감속재다.

핵분열 직후의 중성자는 빨라서 우라늄에 흡수될 확률이 낮다.

감속재 안에서 원자핵과 부딪히며 중성자가 에너지를 잃는다.

감속재가 필요한 이유

원자로 연료인 천연우라늄에는 핵분열성 U-235가 0.72%뿐이다.

고속중성자를 그대로 쓰면 U-238이 중성자를 많이 흡수해 연쇄반응이 유지되지 않는다.

중성자를 열에너지 영역으로 낮추면 U-235의 핵분열 단면적이 커진다.

그래서 적은 핵연료로도 임계에 도달할 수 있다.

감속재의 종류와 특성

감속재는 종류에 따라 감속 능력과 흡수 특성이 다르다.

경수는 감속 능력이 우수하지만 흡수단면적이 커서 농축 우라늄이 필요하다.

중수는 흡수단면적이 매우 작아 천연우라늄으로도 임계를 만들 수 있다.

흑연은 원자량이 작고 흡수가 적어 마그녹스와 고온가스냉각로에 쓰인다.

감속 성능 계산 예시

감속 성능은 중성자가 탄성산란으로 잃는 에너지로 평가한다.

질량수 A인 원자핵과 정면 충돌하면 최대 에너지비는 이 식으로 구한다.

수소는 A가 1이라 값이 1이 되므로 에너지를 모두 잃을 수 있다.

탄소는 A가 12라 값이 약 0.284로, 한 번에 약 28% 수준을 잃는다.

헷갈리기 쉬운 점과 직접 풀기

가장 흔한 실수는 감속재와 냉각재의 역할을 섞는 것이다.

고속로를 감속재를 쓰는 원자로로 설명하는 것도 흔한 실수다.

좋은 감속재는 감속 능력이 크고 흡수단면적이 작아야 한다.

직접 풀어 보자.

정리와 정답

정답은 중수의 흡수단면적이 매우 작기 때문이다.

감속재는 고속중성자를 열중성자로 낮추는 물질이다.

구비조건은 감속능이 크고, 흡수단면적과 원자량이 작은 것이다.

경수, 중수, 흑연을 흡수 특성과 함께 기억하면 된다.