안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
원자력 발전소에서 제어봉은 우라늄의 연쇄 핵분열 반응 속도를 조절하고 통제하는 속도 조절 장치 역할을 합니다.
원자로 내부의 우라늄-235 원자핵에 중성자가 충돌하면 핵분열이 일어나면서 거대한 열에너지와 함께 2~3개의 새로운 중성자가 튀어나옵니다. 이 중성자들이 주변의 다른 우라늄에 계속 충돌하면서 연쇄 반응이 발생합니다. 제어봉은 붕소, 카드뮴, 인듐, 은처럼 중성자를 흡수하는 능력이 매우 뛰어난 물질을 사용합니다. 제어봉이 원자로 내부로 들어가면 튀어나온 중성자를 스펀지처럼 흡수하여, 다른 우라늄 원자에 충돌하는 중성자 수를 줄여줍니다. 출력을 높일 때는 제어봉을 노심 밖으로 위로 뽑아 중성자를 흡수하는 물질이 줄어들므로 우라늄 연쇄 반응이 활발해져 열 발생량과 전력 생산량이 늘어납니다. 출력을 낮출 때는 제어봉을 노심 안으로 깊게 집어넣어 중성자 흡수량이 늘어나면서 연쇄 반응이 줄어들고 발생 열량이 떨어집니다.
원자로 내부의 온도나 압력이 이상 상승하거나 긴급한 사고가 발생하면, 모든 제어봉을 중력이나 가압 장치를 이용해 순식간에 노심 바닥까지 일시에 삽입시킵니다. 중성자가 모두 차단되면서 연쇄 핵분열이 즉시 멈추고 원자로가 정지합니다.