친핵분열성물질 (Fertile Material)
한 줄 정의: 그 자체로는 열중성자에 의해 잘 핵분열하지 않지만, 중성자를 흡수해 핵변환을 거치면 핵분열성물질로 바뀌는 핵종을 말합니다.
쉽게 풀면
친핵분열성물질은 스스로 잘 타는 연료는 아니지만, 특정 처리를 거치면 잘 타는 연료로 바뀔 수 있는 원료와 비슷합니다. 대표적으로 우라늄-238과 토륨-232가 이에 해당하는데, 이들은 중성자를 흡수한 뒤 몇 단계의 베타붕괴를 거쳐 각각 플루토늄-239와 우라늄-233이라는 핵분열성물질로 변합니다. 즉 친핵분열성물질은 핵분열성물질을 만들어내는 씨앗 역할을 하는 물질입니다. 원자로에서 이 과정을 활용하면 새로운 핵연료를 만들어낼 수 있습니다.
왜 중요한가
친핵분열성물질은 원자로 내에서 소비되는 핵분열성물질을 보충하거나 새로운 핵연료를 생산하는 증식로 개념의 핵심 자원입니다. 원자력공학에서는 우라늄 자원의 이용 효율을 높이는 연료 주기 설계에서 친핵분열성물질의 활용이 중요한 주제로 다루어집니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"친핵분열성물질인 우라늄-238이 중성자를 흡수하여 플루토늄-239로 전환되는 비율을 전환비로 정의하였다."
친핵분열성물질이 핵분열성물질로 전환되는 비율을 다룬 문장입니다.
"토륨 연료 주기에서는 친핵분열성물질인 토륨-232를 이용해 우라늄-233을 생산한다."
토륨 기반 연료 주기에서 친핵분열성물질의 역할을 설명한 예문입니다.
조금 더 깊게 보면
친핵분열성물질이 핵분열성물질로 바뀌는 과정은 중성자 흡수에 이은 두 차례의 베타붕괴로 이루어지며, 이 전환이 일어나는 정도를 전환비 또는 증식비라는 지표로 나타냅니다. 우라늄-238은 천연우라늄의 대부분을 차지하는 핵종이기 때문에 친핵분열성물질로서 자원적 가치가 크다고 여겨집니다.
주의할 점
친핵분열성물질은 그 자체만으로는 열중성자 원자로에서 연쇄반응을 유지하기 어려우므로, 핵분열성물질과 함께 사용되거나 별도의 전환 과정을 거쳐야 합니다.