2.2.1 단면적의 정의(2) [원자력기사]

2.2.1 단면적의 정의 (2)

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■ 거시적 단면적(Macroscopic Cross Section)이란?

『1cm² 중에 함유된 원자핵 단면적의 총합』

거시적 단면적( ∑ )의 정의는  1cm³에 포함되어 있는 모든 핵들의 미시적 단면적을 합한 것이다.

그리고 앞서 미시적단면적은 한개의 중성자와 충돌하는 한개의 핵의 유효표면적(σ)을 뜻하는 것을 알았다.

그렇다면 미시적 단면적을 이용하여 거시적 단면적을 수식으로 표현해보면 다음과 같다.

거시적 단면적(∑) = 부피당 원자수(N) × 미시적 단면적(σ)

∑ = Nσ

■ 거시적 단면적의 단위는?

거시적 단면적은 1cm³에 포함되어 있는 모든 핵들의 미시적 단면적을 합한 것이므로,

∑ = [부피당 원자수(N, 개) × 미시적 단면적(σ, cm²)] / 부피(V, cm³) = cm^-1 이 된다.

예제1 (2013년 원자력기사 필기 기출)

중성자에 대한 거시적 단면적을 설명한것 중 맞는 것은?

① 거시적 단면적의 단위는 barn으로 나타내며 10^-24cm²에 해당한다.

② 총 거시적 단면적은 거시적 산란단면적과 거시적 방사포획 단면적의 합을 의미한다.

③ 거시적 단면적은 중성자가 단위길이를 진행하는 동안 해당 원자핵들과 반응할 확률을 의미한다.

④ 거시적 단면적은 중성자가 해당 원자핵들과 단위부피당 단위시간에 반응한 개수를 나타낸다.

정답 ③

① 거시적 단면적의 단위는 cm^-1이다. barn(10^-24cm²)은 미시적 단면적의 단위이다.

② 총 거시적 단면적은 거시적 산란단면적과 거시적 흡수단면적의 합이다. (원자로이론 2.2.2절 참조)

④ 거시적 단면적은 하나의 중성자가 단위 부피 내의 핵과 반응하는 확률을 나타낸다.

예제2 (2017년 원자력기사 필기 기출)

거시적 단면적에 대한 기술 중 틀린 것은?

① 거시적 단면적은 단위 면적당 중성자가 충돌할 확률이다.

② 거시적 단면적은 단위 체적당의 원자수에 비례한다.

③ 거시적 단면적은 미시적 단면적에 비례한다.

④ 종류가 다른 혼합물의 경우 각 핵종에 대한 거시적 단면적을 계산한 후 모두 합하면 혼합물의 거시적 단면적이 된다.

정답 ①

① 미시적단면적에 대한 설명에 더 가깝다.

② 거시적 단면적은 ∑ = Nσ 이므로 원자수에 비례한다.

③ 거시적 단면적은 ∑ = Nσ 이므로 미시적 단면적에 비례한다.

④ 혼합물의 경우에는 각각의 핵종에 대한 거시적 단면적을 계산한 후 모두 합하면 혼합물의 거시적 단면적이 된다. (원자로이론 2.2.3절 참조)

예제3 (2018년 원자력기사 필기 기출)

다음 중 용어와 단위가 맞게 연결된 것은?

① 중성자속(Neutron flux, ) : 중성자수/cm³-sec

② 거시적 단면적(Macroscopic cross section, ) : cm^-1

③ 미시적 단면적(Microscopic cross section, ) : cm^-2

④ 중성자류(Neutron current, J) : 중성자수/cm²

정답 ②

① 중성자속(Neutron flux, )의 단위는 중성자수/cm²-sec 이다.

③ 미시적 단면적(Microscopic cross section, )은 cm² 이다.

④ 중성자류는 중성자의 흐름을 정량적으로 나타내며, 단위는 중성자수/cm²-sec 이다.