핵분열성물질 (Fissile Material)
한 줄 정의: 열중성자를 포함한 넓은 에너지 범위의 중성자를 흡수하여 핵분열을 일으킬 수 있는 핵종을 말합니다.
쉽게 풀면
어떤 핵종은 중성자가 부딪히기만 하면 에너지가 낮은 느린 중성자로도 쉽게 쪼개지는데, 이런 핵종을 핵분열성물질이라고 합니다. 대표적으로 우라늄-235나 플루토늄-239 같은 핵종이 여기에 해당합니다. 원자로에서 실제로 연쇄반응을 일으켜 에너지를 만들어내는 것은 대부분 이 핵분열성물질입니다. 쉽게 불이 붙는 연료와 비유하면, 핵분열성물질은 작은 불씨에도 잘 타는 연료에 해당합니다.
왜 중요한가
핵분열성물질은 원자로 핵연료의 핵심 성분으로, 그 농축도와 양이 원자로의 임계 조건과 출력을 결정합니다. 원자력공학에서는 핵연료 설계, 농축 공정, 핵비확산 관리 등 다방면에서 핵분열성물질의 특성을 다룹니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"본 연료봉은 우라늄-235를 핵분열성물질로 하여 저농축 상태로 제작되었다."
핵연료에 사용되는 핵분열성물질의 종류와 농축 상태를 설명한 문장입니다.
"친핵분열성물질인 우라늄-238이 중성자를 흡수해 핵분열성물질인 플루토늄-239로 전환되는 과정을 모사하였다."
친핵분열성물질이 핵변환을 거쳐 핵분열성물질로 바뀌는 과정을 다룬 예문입니다.
조금 더 깊게 보면
핵분열성물질은 열중성자에서도 핵분열 확률이 크다는 점에서, 고에너지 중성자에서만 핵분열을 일으키는 핵종과 구분됩니다. 대표적인 핵분열성물질로는 우라늄-235, 플루토늄-239, 우라늄-233이 알려져 있으며, 이 중 우라늄-233과 플루토늄-239는 각각 친핵분열성물질인 토륨-232와 우라늄-238이 중성자를 흡수하는 핵변환을 통해 생성될 수 있습니다.
주의할 점
핵분열성물질과 핵분열가능물질은 구분되는 개념으로, 후자는 고에너지 중성자에서만 분열하는 우라늄-238과 같은 핵종까지 포괄하는 더 넓은 범주입니다.