반사체

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반사체 [Neutron Reflector]

원자로는 중성자로 핵분열성물질을 분열(핵분열)시켜 에너지(열에너지)를 발생시키는 장치이다. 따라서 에너지생산 효율성은 정채진 양의 핵분열성물질에 대해 중성자의 성능(에너지, 개수 등)에 따라 달라진다. 따라서 핵분열을 일으키는 중성자를 가능하면 많이 원자로 노심(핵분열성물질이 장전된 부분)에 머물도록 해야 한다. 그러나 원자로 노심은 한정된 크기이므로 많은 중성자가 원자로 노심 외부로 누설될 수 있다. 원자로 노심에서 핵분열로 발생한 중성자가 노심 외부로 누설되는 것을 방지하고 이들 중성자를 노심 내부로 되돌리는 역할을 하는 구조재를 반사체라고 한다.

반사체는 노심에서 누설되는 중성자를 노심으로 되돌아가게 하는 역할과, 또한 누설되는 고속중성자(핵분열로 생성된 중성자는 매우 높은 에너지를 가지므로 이를 고속중성자라 한다. 고속중성자는 에너지가 낮은 열중성자 비해 운동량이 크므로 노심에서 누설될 확률이 높다)와 반사체 구성물질과의 충돌반응으로 중성자의 에너지를 감속시켜 핵분열을 용이하게 일으키는 열중성자로 변환시켜 노심으로 되돌려 보냄으로서 노심 내의 중성자 밀도의 저하를 방지한다.

반사체를 사용함으로서 노심에서의 중성자경제(neutron economy)의 효율성이 증가하게 되어 핵분열 연쇄반응을 지속시키기 위해 필요한 핵분열성물질의 임계질량(critical mass)의 절대양을 줄일 수 있으며, 이에 따라 같은 양의 에너지를 생산할 경우 반사체가 있는 경우가 반사체가 없는 경우에 비해 원자로를 소형화할 수 있다.

반사체의 주요 기능이 중성자의 원자로 오비로 누설방지와 아울러 존심 내 중성자의 수를 증가시키는 것이다. 따라서 좋은 반사체 재료는 중성자와 충돌할 때 중성자의 에너지를 많이 빼앗을 수 있는 즉, 산란단면적 값이 크고, 반면에 충돌 시 중성자를 흡수해버리는 흡수단면적이 작은 것이 좋다. 따라서 반사체의 재료(물질)로는 원잘질량이 작은(가벼운) 원소로 구성된 물질이 좋다. 원자로 종류에 따라 반사체의 물질이 달라지겠지만 열중성자를 이용하는 원자로 경우 경수(H2O), 중수(D2O), 베릴륨(Be), 탄소(C) 등이 있다.