원자로의 구성(감속재·냉각재)
1 출제 포인트 — 이렇게 나옵니다
출제 회차 2010년 2차 · 2010년 3차 · 2012년 2차 · 2013년 2차 · 2015년 1차 · 2017년 3차 · 2019년 3차
2 쉬운 설명
원자로는 연료·감속재·제어재·반사체·차폐재·냉각재 등으로 이루어진다. 그중 감속재는 핵분열로 나온 빠른 고속 중성자의 속도를 늦춰 열중성자로 바꾸는 물질이고, 냉각재는 핵분열로 나온 열을 식혀 밖으로 실어 나르는 물질이다.
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핵분열로 나온 중성자는 매우 빨라서 그대로는 다음 핵분열을 잘 일으키지 못하고, 우라늄을 잘 분열시키는 것은 느린 열중성자이다. 그래서 고속 중성자를 감속재와 부딪치게 해 속도를 늦춘다.
감속재는 중성자가 가벼운 원자핵과 충돌할수록 에너지를 많이 잃으므로 원자 질량이 작아야 한다. 또 중성자를 삼키지 않도록 흡수 단면적이 작아야 하고, 중성자와의 충돌 확률이 높으며 감속능과 감속비(감속능을 중성자 흡수 정도로 나눈 값)가 커야 한다. 수소가 든 경수·중수와 비교적 가벼운 탄소로 된 흑연이 쓰인다.
냉각재는 중성자를 많이 흡수하면 연쇄반응에 필요한 중성자가 줄어 반응이 이어지기 어려우므로 흡수 단면적이 작아야 한다. 열을 많이 실어 나르도록 비열이 커야 하고(비열을 든 문항), 열용량도 커야 한다(열용량을 든 문항). 열을 빠르게 빼내도록 열전도율이 커야 하며, 열용량을 든 문항은 「열전도율 및 열전달 계수가 클 것」을 함께 든다. 냉각재 자신이 방사능을 오래 띠지 않도록 유도 방사능이 적어야 한다.
원자로의 재료는 맡은 일이 다르다. 차폐재는 원자로 밖으로 새어 나가는 중성자와 방사선을 막고 열을 받아내는 방열 효과도 낸다. 제어재는 중성자를 흡수해 출력을 조절하고, 반사체는 새어 나가려는 중성자를 되돌리며, 구조재는 연료와 설비를 지지한다.
3 이 개념이 나온 기출문제
해설·법령 근거까지 가입 없이 보실 수 있습니다. 최신 5개년 문항은 여기 나오지 않습니다.
4 체크리스트 + 암기팁
- 감속재의 틀린 조건은 원자 질량이 크다는 쪽이다. 「원자량이 큰 원소일 것」「원자 질량이 클 것」「원자의 질량이 클 것」은 모두 감속재 문항에서 틀리거나 거리가 먼 보기였고, 감속재는 원자 질량이 작아야 한다.
- 감속재의 옳은 조건은 중성자의 흡수 단면적이 작을 것(불필요한 중성자 흡수가 적을 것), 중성자와의 충돌 확률이 높을 것, 감속 능력이 클 것, 감속능 및 감속비가 클 것이다.
- 「고속 중성자를 열중성자로 바꾸는 작용」은 감속재에 대한 옳은 설명이고, 「사용 재료로 경수를 사용」도 감속재에 대한 옳은 설명이다.
체크리스트 더 보기 3개 더체크리스트 접기
- 냉각재 문항에서 「중성자의 흡수 단면적이 클 것」은 잘못된 조건이다. 흡수 단면적은 작아야 중성자가 줄지 않아 연쇄반응이 이어진다.
- 냉각재의 옳은 조건은 비열이 클 것, 열용량이 클 것(「열용량이 적을 것」은 조건이 아니다), 열전도율 및 열전달 계수가 클 것, 유도 방사능이 적을 것(방사능을 띠기 어려울 것)이다.
- 중성자 유출을 막고 방열 효과를 주는 것은 차폐재이다. 제어재(출력 조절)·반사체(중성자를 되돌림)·구조재(연료와 설비를 지지)와 구분한다.