2.2.2 단면적의 종류(2) [원자력기사]

2.2.2 단면적의 종류(2)

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미시적 단면적은 실험으로 얻은 데이터이다.

따라서 우리는 중성자 에너지에 따른 단면적이 왜 이런 값을 가질까? 라는 의문보다, 실험에 의해 "이러한 값이 도출 됐구나" 하고 문제에 적용시키면 된다.

■ 중성자에너지와 산란단면적

산란은 중성자 에너지와 별개로 핵과 직접 충돌하여 튕겨나갈때 발생한다.

따라서 산란단면적은 중성자 에너지와 무관하게 거의 일정한 값을 갖는다.

■ 중성자에너지와 흡수단면적

그중성자 에너지는 그림에서 보는 것과 같이 3가지 영역으로 구분할 수 있다.

그림 X축은 중성자의 에너지를 나타내며, 중성자의 에너지가 작으면 속도가 느리고 중성자의 에너지가 크면 중성자의 속도가 빠르다는 의미이다.

▷ 열중성자 영역 (0.1 MeV 이하)

중성자 에너지가 0.1 MeV 이하 영역의 그림을 보면 중성자에너지가 커질수록 흡수단면적은 반비례하여 감소하고 있다.

따라서 열중성자 영역에서는 흡수단면적이 중성자의 속도(v)에 반비례 하므로, 열중성자 영역을 "1/v 영역"이라고 부르기도 한다.

▷ 열외중성자 영역 (0.1 ~ 1 MeV)

열외중성자 영역은 일정하지 않고, 뾰족뾰족 하다.

이 현상을 공명(Resonance)이라고 한다.

공명의 사전적 의미는 다음과 같다.

"양자 역학에서 입자끼리 충돌로 생기는 에너지의 총량이 복합 입자의 에너지 준위와 일치하는 곳에서 단면적 에너지의 극대가 나타나거나 새로운 복합 입자가 생김. 또는 그런 현상."

위 사전적 의미는 두번을 읽어봐도 너무 어렵다.

따라서 공명은 특정 에너지 준위(0.1~ 1MeV)에 해당하는 중성자가 입사될 때는 흡수될 확률이 매우 높아진다고 간단히 기억하고 넘어가자.

▷ 속중성자 영역 (1MeV 이상)

속중성자 영역은 중성자 에너지가 커지더라도 거의 일정한 값을 가진다.

예제1 (2015년 원자력기사 기출)

중성자의 에너지와 흡수 또는 산란단면적과 관계에 대한 설명중 틀린 것은?

① 미시적 흡수단면적은 열중성자 영역에서 에너지가 커질수록 작아진다.

② 미시적 산란단면적은 중성자의 에너지 영역에 따라 크게 변화한다.

③ 미시적 흡수단면적은 열외중성자 영역에서 공명(Resonance)한다.

④ 미시적 흡수단면적은 속중성자 영역에서 작은 값을 가지며 불변이다. 

정답 ② 

② 미시적 산란단면적은 중성자 에너지 영역과 무관하게 거의 일정하다.