전기공사기사 핵연료 및 핵연료 주기 — 원자로 형식과 감속재·제어재

가압수형 원자로는 핵연료에서 나온 열을 1차계통의 고압 물이 받아 증기발생기로 옮기는 방식이다. 물을 가압하면 끓지 않고 더 높은 온도에서 열을 운반할 수 있고, 증기는 2차계통에서 생겨 터빈을 돌린다. 비등수형 원자로는 이와 달리 원자로 안에서 물이 직접 끓어 증기를 만들므로 별도의 증기발생기가 필요 없다. 다만 발생한 증기는 방사능을 띠므로 잘 분리해 주어야 한다.

가스 냉각형 원자로는 물 대신 이산화탄소 같은 가스를 냉각재로 쓰고 비교적 낮은 농도의 우라늄 연료를 사용한다. 가스를 쓰면 고온 운전이 가능하다는 장점이 있다. 원자로 형식마다 연료와 냉각재의 짝이 다르므로, 형식과 재료를 서로 바꾸어 놓은 선지를 구분해야 한다.

감속재는 빠른 중성자를 느리게 만드는 물질이다. 잘 감속하려면 가볍고 원자량이 작으며, 중성자를 잘 맞추는 곧 충돌 확률이 높고, 중성자 흡수는 적어야 한다. 질량이 큰 원자는 감속 능력이 떨어져 감속재로 적절하지 않다. 제어재는 반대로 중성자를 잘 잡아내어 연쇄반응을 조절하는 물질이므로 흡수 단면적이 커야 하고, 열과 방사선에도 견뎌야 한다. 감속재와 제어재는 요구하는 성질이 반대이므로 함께 섞어 서술한 선지를 주의한다.

감속재의 온도 계수는 온도가 1도 변할 때 원자로의 반응성이 얼마나 달라지는지를 수치로 나타낸 값이다. 원자로 주기는 중성자 수가 자연스럽게 몇 배로 늘어나는 데 걸리는 시간으로, 표준적으로는 약 2.718배로 늘어나는 데 필요한 시간을 말한다.