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핵분열은 많은 양의 열에너지를 방출하며 따라서 이 분열을 통해 증기터빈에서 전기를 생산할 수 있습니다. 핵연료는 일반적으로 핵분열당 중성자가 한 개 이상 생성되는 우라늄-235와 같은 핵분열성 핵종입니다. 열 중성자가 핵분열성 연료에서 가장 효율적으로 연쇄 반응을 시작하기 때문에 핵분열에 의해 방출되는 중성자 감속제에 의해 빠른 중성자의 속도를 늦춰야 합니다.
물은 좋은 감속재입니다. 수소 원자핵과 중성자의 크기가 유사하기 때문에 중성자가 충돌 과정에 상당한 운동 에너지를 잃게 하기 때문입니다. 중수소는 이미 중성자를 가지고 있고 다른 중성자를 흡수할 능성이 없기 때문에 중수가 훨씬 더 좋습니다.
감속재는 또한 중성자 반사체의 역할을 하여 중성자를 중심핵에 균등한 분포로 유지시킵니다. 우라늄-235 또는 238의 자발적 핵분열은 예측할 수 없기 때문에 원자로에 중성자원이 설치되어 연쇄반응의 시작을 제어합니다. 연쇄 반응의 상태는 중성자증식곁수 k에 의해 설명됩니다.
K는 한 세대에서 핵분열에 의해 생성된 중성자 수와 이전 세대의 핵분열에 의해 생성된 중성자 수의 비율입니다. k가 1보다 작으면 원자로는 임계값 이하에 놓이며 에너지 출력은 감소합니다. k가 1일 때, 원자로는 기준 상태이며 에너지 출력은 일정합니다.
k가 1보다 크면 원자로는 초임계 상태이고 에너지 출력은 증가합니다. 연쇄 반응은 붕소나 카드뮴과 같은 중성자 흡수 물질로 만들어진 제어봉으로 조절됩니다. 제어봉을 완전히 삽입하면 많은 수의 중성자를 흡수하여 원자로를 임계 이하로 유지합니다.
제어봉을 뽑으면 행분렬이 더 많이 발생할 수 있습니다. 물과 같은 냉각수는 원자로 노심에 있는 열을 흡수하여 터빈을 돌리는 증기를 생성합니다. 반응로가 가열됨에 따라 중성자는 더 빨리 이동하며 핵분열을 일으킬 가능성이 적기 때문에 과열을 피할 수 있습니다.
노심은 물과 같은 물질과 두꺼운 콘크리트 층으로 덮여 있습니다. 전체적인 노심 설계와 격납 구조는 모두 원자로의 특정 유형에 따라 달라집니다.
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