2.2.2 단면적의 종류(1) [원자력기사]

2.2.2 단면적의 종류(1)

---

미시적 단면적(σ)은 산란단면적과 흡수단면적으로 구분된다.

산란(Scattering)의 사전적 의미는 "파동이나 입자선이 물체와 충돌하여 여러 방향으로 흩어지는 현상"으로 정의된다.

그리고 흡수(Absorption)은 "전자기파나 입자선이 물질속을 통과할때 에너지나 입자가 물질에 빨려들어 그 세기나 입자수가 감소하는 현상"으로 정의된다.

따라서 산란단면적은 중성자가 핵과 충돌하여 튕겨 나가는 것을 뜻하며, 흡수단면적은 중성자가 핵과 충돌해 핵에 흡수되는 것을 의미한다.

그렇다면 각 단면적은 어떻게 구성되는지 살펴보자

|  산란단면적 (Scattering Cross Section, σs)의 종류

산란은 앞서 설명한듯 중성자가 핵과 충돌하여 진로가 변하거나, 운동에너지가 변하는 반응이다. 

산란단면적은 탄성산란단면적과 비탄성산란단면적으로 구성되며 두 단면적의 특성은 다르다.

1) 탄성 산란 단면적(Elastic Scattering Cross Section, σe)  

탄성산란은 입자(중성자)가 산란될때, 흡수에 의한 에너지 손실을 수반하지 않는다. 

이는 중성자가 핵과 탄성산란을 일으키고, 탄성충돌 전후의 총 운동량과 운동 에너지 보존된다는 뜻이다. 

따라서 탄성충돌을 하면 충돌 전후의 운동량(질량×속도)과 운동에너지가 보존된다.

예를들어, 작은 물체가 큰 물체에 부딪히면 에너지 손실이 거의 없이 그대로 튕겨 나가는 것과 같은 원리 이다.

     

2) 비탄성 산란 단면적(Inelastic Scattering Cross Section, σi) 

비탄성 산란은충돌전후 입사입자와 산란체의 운동에너지 합이 보존되지 않는다. (운동량은 보존된다)

이는 입사입자의 운동에너지 일부가 원자나 원자핵에 전달되면서 핵을 여기(들뜨게) 시키는데 사용되기 때문이다. 

|  흡수단면적(Absorption Cross Section, σa)의 종류

흡수단면적은 포획단면적과 핵분열단면적으로 구성된다.

1) 포획 단면적(Capture Cross Section, σa)

포획은 중성자가 핵에 흡수되어 핵을 여기시키는 반응을 말한다.

주된 포획 반응으로 중성자 포획, 양성자 포획을 들 수 있다.

2) 핵분열 단면적(Fission Cross Section, σf)

핵분열은 중성자가 핵과 반응하여 핵을 분열시키고 핵분열 생성물과 에너지를 발생시키는 것을 말한다.

■ 총 미시적 단면적은?

총 미시적 단면적은 산란단면적과 흡수 단면적의 합이다.

σt = σs + σa = σe + σi + σa + σf

예제1 (2013년 원자력기사 필기 기출)

중성자와 핵의 비탄성 산란반응에 대한 설명중 맞는 것은?

① 충돌 전후 총 운동에너지는 보존된다.

② 산란후 핵은 여기상태로 존재한다.

③ 저에너지 중성자가 가벼운 질량의 핵과 반응할 때 주로 발생한다.

④ 충돌후 중성자는 핵에 포획된다.

정답 ②

① 탄성산란의 설명이다.

② 비탄성산란은 입사입자의 운동에너지 일부가 원자나 원자핵에 전달되면서 핵을 들뜨게 만든다.

③ 틀린 설명이다.

④ 흡수단면적의 설명이다.

예제2 (2014년 원자력기사 필기 기출)

중성자의 핵의 비탄성 산란반응에 대한 설명중 맞는 것은?

① 충돌 전후 총 운동에너지는 보존된다.

② 산란 후 핵은 여기상태로 존재한다.

③ 저에너지 중성자가 무서운 질량의 핵과 반응할 때 주로 발생한다.

④ 충돌 후 중성자는 핵에 포획된다.

정답 ②

① 탄성산란의 설명이다.

② 비탄성산란은 입사입자의 운동에너지 일부가 원자나 원자핵에 전달되면서 핵을 들뜨게 만든다.

③ 탄성산란의 설명이다.

④ 흡수단면적 중 포획단면적의 설명이다.