임계접근 (Approach to Criticality)
한 줄 정의: 미임계 상태에서 중성자수를 지켜보며 안전하게 임계에 다가가는 절차입니다.
쉽게 풀면
원자로를 처음 켤 때는 임계 상태에 얼마나 가까워졌는지 미리 알 수 없습니다. 임계접근 절차에서는 제어봉을 조금씩 뽑거나 붕소농도를 조금씩 낮추면서, 그때마다 검출기 계수율이 안정되기를 기다려 기록합니다. 계수율의 역수를 그래프로 그리면 임계에 가까워질수록 0을 향해 내려가는데, 이 선을 연장해 임계까지 남은 여유를 예측합니다. 이렇게 하면 갑작스러운 임계 도달을 피할 수 있습니다.
왜 중요한가
예상보다 일찍 임계에 도달하는 것은 심각한 안전 문제이므로, 모든 원자로의 기동 절차와 임계실험 절차에 임계접근 방법이 명문화되어 있습니다. 노심을 새로 장전한 뒤 처음 임계에 도달하는 시점은 설계 계산을 검증하는 중요한 자료이기도 합니다. 연구로 실험이나 임계장치 운영 논문에서도 표준 절차로 언급됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"재장전 후 임계접근 시험에서 측정된 임계 붕소농도는 설계 예측값과 잘 일치하였다."
조금 더 깊게 보면
미임계 상태에서는 외부 선원 중성자가 증배되어 계수율이 결정되며, 이 계수율은 대략 1에서 유효증배계수를 뺀 값에 반비례합니다. 따라서 계수율의 역수는 유효증배계수가 1에 가까워질수록 0으로 접근하고, 이 직선성을 이용해 남은 제어봉 인출량을 외삽합니다. 다만 검출기가 선원에서 멀거나 중성자속 형상이 크게 변하는 초기 단계에서는 곡선이 휘어지므로, 보수적으로 여러 검출기의 값 중 가장 이른 임계 시점을 채택합니다.
주의할 점
미임계증배가 미임계 상태에서 중성자가 불어나는 현상 자체라면, 임계접근은 그 현상을 이용해 임계 시점을 예측하는 운전 절차입니다. 예측선은 어디까지나 외삽이므로 실제 임계점과 차이가 날 수 있습니다.