이 글은 SRI 시험 합격 당시 정리한 수기를 바탕으로 재구성했습니다. 학습 참고용 답안이며, 실제 채점자의 기준과 일치하는지는 확인되지 않았습니다.
1. 문제
핵반응의 여기함수(excitation function)가 무엇을 나타내는지 설명하고, 곡선을 읽을 때 확인할 사항을 서술하시오.
2. 모범답안
① 여기함수는 특정 핵반응의 단면적이 입사입자의 에너지에 따라 어떻게 달라지는지를 나타내는 함수 또는 곡선이다.
② 보통 가로축은 입사입자의 에너지, 세로축은 해당 반응단면적으로 표시한다. 축의 물리량과 단위를 먼저 확인한다.
③ 표적핵종과 입사입자, 반응 종류를 지정해야 하며, 다른 반응의 곡선을 서로 바꾸어 적용하면 안 된다.
④ 곡선은 에너지별 반응 가능성을 비교하는 자료이다. 특정 에너지의 단면적 하나나 곡선 높이만으로 실제 생성 방사능을 바로 결정할 수는 없다.
3. 문제를 풀기 위해 알아야 할 내용
3.1. 단면적 한 값이 아니라 에너지에 따른 변화다
출처: IAEA, Ion Beam Analysis Nuclear Data Library
어떤 반응의 단면적을 한 숫자로 제시하면 그 숫자가 적용되는 에너지 조건이 필요하다. 여기함수는 이 조건을 펼쳐서 보여 준다. 같은 표적이라도 입사에너지가 바뀌면 반응단면적이 달라질 수 있으므로 곡선의 가로축을 생략해서는 안 된다. IAEA의 IBANDL은 실험 핵반응 단면적을 그래프와 데이터 파일로 제공한다. 그림만 볼 때에도 점, 축, 단위가 각각 무엇인지 먼저 읽는다.
3.2. 반응 기호가 달라지면 다른 곡선이다
출처: IAEA INDC(NDS)-0705, 반응별 단면적 평가
표적 원소 이름이 같다고 같은 여기함수를 쓰는 것은 아니다. 예를 들어 IAEA 평가보고서는 Na-23(n,γ)Na-24와 Na-23(n,2n)Na-22를 서로 다른 반응으로 구분한다. 괄호 안의 입사입자와 방출입자, 생성핵종까지 읽어야 비교 대상이 정해진다. 따라서 곡선 제목을 생략한 채 “나트륨의 단면적”이라고만 적으면 어떤 반응을 말하는지 불명확하다.
3.3. 그래프의 값과 실험 조건을 함께 해석한다
출처: IAEA TRS No.156, Handbook on Nuclear Activation Cross-Sections
IAEA 핵활성화 단면적 자료집은 여기함수를 다루면서 실험별 절대값 차이와 정규화 문제를 구분한다. 곡선 모양이 비슷하더라도 수치가 완전히 같다고 단정해서는 안 된다. 실험점과 평가곡선을 구별하고 자료의 적용 에너지 범위를 확인하는 것이 중요하다. 답안은 “정의 → 두 축 → 핵종과 반응의 지정 → 자료 해석의 주의점” 순서로 구성하면 계산 문제와도 자연스럽게 연결된다.
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