A Study on Neutron Shielding Capability Assessment of Metallic Hydride using Cf-252 Neutron Source

Cf-252 중성자 선원을 이용한 수소화금속의 중성자 방사선 차폐능 평가

Mitigation of fast neutron irradiation damage on reactor vessel and improvement of mechanical integrity are desired for the successful plant life-time extension. In this study, the performance of metallic hydride for this application is reviewed and compared. First, selected prospective metallic hydrides are evaluated by MCNP code and put into the attenuation test using Cf-252 neutron source. Since for the reactor application high moderation and reflection with no absorption are favored, Z factor is introduced for the evaluation. According to the Z value estimation $ZrD_2$ and $TiD_2$ are turned out to be the most favorable fast neutron shielding materials. More thorough evaluation by computer simulation and experimentally, will be followed.

자체 개발한 수소화금속을 이용하여 고속 중성자 방사선을 효율적으로 차폐할 수 있다면 방사선 안전신기술 개발과 확립에 큰 기여를 할 것으로 생각되어 본 연구를 시행하였다. 여러 수소화 안정 금속들을 대상으로 핵적 특성, 단위 부피당 수소원자함유 수 등의 예비평가를 통하여 수소화금속($ZrH_2,\;TiH_2$) 등과 낮은 중성자 흡수 단면적과 높은 에너지 감쇄능력을 고려하여 중수소화 금속($ZrD_2,\;TiD_2$) 등을 추가하여 개발하였다. MCNP 코드를 이용하여 각각의 흡수율과 에너지 감소율을 평가하였다. 전산 모사 계산과 실험과의 비교평가를 위해 실험과 동일한 조건의 모사를 수행하였는데, 즉 중성자 선원은 Cf-252(10 mCi)을 사용하였으며 각 수소화금속의 0, 1, 3, 5 cm 두께를 통과한 중성자속의 강도와 에너지별 분포변화를 계산하였다. 코드 계산을 통해 평가된 $TiH_2/TiD_2,\;ZrH_2,/ZrD_2$ 등의 수소화금속에 대한 중성자 감소율은 각 수소화금속 두께의 증가에 따라 중성자 감소율이 지수적으로 증가함을 보였다. 또한 이 때 중수소 함유 금속, $ZrD_2$과 $TiD_2$는 중성자 흡수에 있어 $ZrH_2$와 $TiH_2$의 각각 보다 적게 나타냈다. 본 연구를 통하여 개발된 수소화금속의 중성자 방사선 차폐에 관한 결과는 과학 기술적으로 많은 인용과 아울러 학술적 연구뿐만 아니라 실제 실용화를 위한 연구의 기초자료로 충분한 활용이 있을 것으로 기대한다.