이 글은 SRI 시험 합격 당시 정리한 수기를 바탕으로 재구성했습니다. 학습 참고용 답안이며, 실제 채점자의 기준과 일치하는지는 확인되지 않았습니다.
1. 문제
자발 핵분열과 유도 핵분열을 구분하여 설명하라.
2. 모범답안
1. 자발 핵분열은 외부에서 입자나 에너지를 더하지 않아도 불안정한 원자핵이 스스로 분열하는 방사성 붕괴이다.
2. 유도 핵분열은 원자핵이 중성자 등 외부 입자와 상호작용하여 들뜬 뒤 분열하는 반응이다.
3. 두 경우 모두 일반적으로 두 개의 핵분열 파편과 중성자, 감마선 등이 생기며 에너지가 방출된다.
3. 문제를 풀기 위해 알아야 할 내용
3.1. 구분 기준은 분열을 일으키는 계기다
자발 핵분열은 외부 입자나 에너지의 공급 없이 일어난다. 예를 들어 캘리포늄-252(Cf-252)는 붕괴의 일부가 자발 핵분열로 일어나며, 이때 방출되는 중성자를 중성자원으로 이용할 수 있다.
반면 유도 핵분열은 입사 입자에 의한 핵반응이다. 흔한 예는 무거운 원자핵이 중성자를 흡수하여 들뜬 복합핵이 된 뒤 분열하는 경우이다. 중성자 흡수가 언제나 분열로 이어지는 것은 아니다.
출처: 국제원자력기구(IAEA), Nuclear physics and reactor theory, 6.1절
3.2. 두 과정에서 생기는 것
핵분열에서는 대개 무거운 원자핵이 두 개의 주요 파편으로 나뉜다. 일반적으로 중성자와 감마선도 방출되며, 방출 에너지의 상당 부분은 파편의 운동에너지로 나타난다.
방출된 중성자가 다른 원자핵의 유도 핵분열을 일으킬 수 있다. 다만 중성자가 빠져나가거나 분열 이외의 반응으로 흡수될 수도 있으므로, 중성자 방출만으로 연쇄반응이 저절로 유지된다고 단정할 수는 없다.
출처: 미국 에너지부(DOE), Nuclear Physics and Reactor Theory, Volume 1
3.3. ‘중성자가 없다’는 뜻은 입사 중성자가 없다는 뜻이다
자발 핵분열을 설명할 때 ‘중성자 없이 일어난다’고 하면 결과로 중성자가 생기지 않는다고 오해할 수 있다. 정확히는 분열을 시작하기 위해 외부에서 중성자를 쏘아 넣을 필요가 없다는 뜻이다. 분열 과정에서는 일반적으로 중성자가 방출된다.
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