中性子 減速材 (Neutron Moderator)는 原子爐의 核分裂反應 過程에서 生成되는 高速中性子를 熱中性子로 減速시켜 核分裂이 더 잘 일어나도록 하는 物質이다. 

原子爐를 核分裂 反應에 使用되는 中性子의 에너지 領域에 따라 分類하면, 約 100keV 以上의 高速中性子를 使用하는 高速增殖爐와 1eV 以下의 熱中性子를 使用하는 熱中性子爐로 나뉜다. 一般的으로 熱中性子를 使用하는 中性子爐가 高速中性子를 使用하는 高速增殖爐보다 核分裂反應을 일으키기 수월하므로, 많은 原子爐들이 高速中性子를 熱中性子로 減速시켜 核分裂을 일으키는 方法을 採擇하고 있으며, 이를 爲해 減速材를 使用하고 있다.

減速材는 中性子 減速效果가 크고 中性子 吸收斷面積이 작아야 하므로, 主로 水素, 重水素, 炭素 等이 包含된 物質들이 많이 使用된다.

輕水爐에서는 中性子 減速能力이 優秀한 水素와 酸素로 이루어진 물을 減速材로 使用하면서 同時에 冷却材로도 利用한다. 天然우라늄을 原料로 利用하는 重水爐에서는 中性子를 效率的으로 利用해야 하므로, 中性子 減速能力은 水素의 約 1/2로 떨어지지만 中性子 吸收斷面積이 1/500 以下인 重水素와 酸素로 이루어진 重水를 減速材로 使用한다. 한便, 黑鉛減速爐의 境遇는 黑鉛을 減速材로 쓰는데, 英國에서 開發된 마그녹스原子爐가 黑鉛을 減速材로 使用하며, 마그네슘과 알루미늄의 合金을 核燃料被覆材로, 二酸化炭素를 冷却材로 使用한다. 또 세라믹被覆粒子 核燃料를 쓰는 高溫가스冷却로(high temperature gas cooled reactor)는 黑鉛을 減速材로 쓰며, 헬륨을 冷却材로 使用한다. 

<原子核의 中性子 産卵 및 吸收 特性>

<原子爐의 種類 및 減速材>

原理 [ 編輯 ]

原子爐 에서 燃料로 使用되는 ²³⁵ U는 0.025 eV의 에너지를 지니고 있는 열 中性子와 잘 反應하며, ²³⁸ U는 0.5 MeV의 에너지를 가진 中性子와 잘 反應한다. 그러나 ²³⁵ U가 核分裂 을 하게 되면, 高速中性子를 排出하게 되며, 高速 中性子는 ²³⁸ U과 反應을 하게 되고 ²³⁵ U과는 反應을 하지 않게 된다. 그래서 燃料의 連鎖 反應 을 좀더 活潑하게 하기 위해서 中性子의 速度를 떨어뜨리는 物件을 必要로 하게 되고, 이 物件을 가리켜 減速材라고 指稱한다. 現在 使用되고 있는 거의 모든 原子爐는 이 열 中性子를 利用한 原子爐이다. 高速中性子爐 或은 高速爐의 境遇, 노심 밖의 블랭킷 燃料인 ²³⁸ U을 Pu ²³⁹ 로 變更시켜 燃料로 使用하기 때문에 高速爐의 境遇에는 中性子 減速材가 存在하지 않는다. 一般的으로 減速材는 原子番號가 낮은 元素 및 그 化合物이 使用된다.

參考 文獻 [ 編輯 ]

• 原子力 知識 關門局의 減速材 說明