제7장 에너지와 원자력 1. 원자력 에너지 사용현황 2. 원자력과 화학에너지 크기 3. 핵확산과 원자력 발전 4. 재처리와 핵사찰 5. 열화우라늄 탄이란?

Nuclear Power plant in the Russia

1. Sea Brook Case 2. 핵분열에서 생산되는 에너지 : 화학E와 비교 3. 원자로에서 에너지 얻기 4. 원자로 사고, Melt-down 5. 원자로는 얼마나 안전한가? 6. 핵연료와 핵무기 7. 방사능이란? 8. 방사능 재해 9. 핵 폐기물 처리 10. 원자력과 삶: 위험과 혜택 11. 원자력의 미래

세계 원자력 발전소 분포

세계 원자력 발전 비중

우리나라 원자력 발전소 현황 가동 중 : 16기건설 중 : 4기

한국의 에너지원별 사용추세

우리 나라 에너지부문의 국제 위상 - 에너지소비규모 (1998년) : 세계 10위 (167 백만TOE, 2.0% 차지) - 석유소비규모 (1998년) : 세계 6위 (2,020 천배럴/일, 2.8% 차지) - 석유정제능력 (1998년) : 세계 6위 (2,315 천배럴/일, 2.9% 차지) - 전력소비규모 (1996년) : 세계 12위 (215 TWh, 1.7% 차지)

1. Sea Brook Case: New Hampshire위치 - 1972 계획 (2기) : 79년 1기, 81년 2기 가동목표 - 추정예산 : 9.7억$ - 74 시민반대 법원제소 (메사츄셋주민 투표) - 76 착공 - 77 대규모 시위: 1400명 연행 - 84 제2기 건설취소 - 86 완공 - 89 시험가동 (목표보다 10년후 절반달성) 건설비 64.5억$ (12배 지출) - 주민(특히 Ma주민 활용) : Good or Bad???

Force = Q1xQ2/r x r E = mc2 7-2. 핵분열 에너지: Why so Big? 원자핵 크기: 원자의 1/10,000 핵E크기 : U235 1 Kg : C ~106 Kg Force = Q1xQ2/r x r E = mc2

Nuclear means the reaction occurs in the Nucleus of the Atom

핵반응과 화학반응 1. 핵반응 (핵자 재배치) 불안정한 핵 ---> 안정한 핵 중간크기핵 (Fe)이 가장 안정 불안정한 핵 ---> 안정한 핵 중간크기핵 (Fe)이 가장 안정 - 큰 핵 ---> 중간크기 핵으로 핵분열 U-235 ---> Ba-141 + Kr-92 - 작은 핵 ---> 중간크기 핵으로 핵융합 H-2 + H-2 ---> He (점화온도: 108 C) 2. 화학반응 (전자 재배치) C + O2 ---> CO2 (점화온도: 103 C)

E=mc2 1 amu = 4.2 x 10-17 kwh = 931 MEV The energy evolved from grams of nuclear fuel is equivalent to that evolved from tons of chemical fuels

핵반응 (분열): 큰 핵 : 스스로 붕괴 (Pb가 가장 큰 안정원소) 예) U-238 --> --> --> --> --> Pb U-235 --> --> --> --> --> Pb Th-232 --> --> --> --> --> Pb 큰반감기 : <수초 ~ 수 억년 유도분열 (연쇄반응) U-235 + 중성자 --> 붕괴물질 + 중성자 유도분열이 가능한 핵 : U-235 (0.7%자연비) Pu-239

가공 핵연료 100% U (oxides) U-235 4% 사용핵연료 저장(단기)

U농축: 1. 다른 물질로부터 정련 2. U-235 농축(핵분열물질) 3ppm

거대한 U 농축공장 : 기체확산법 원심 분리법에 의한 U농축

열화우라늄탄: 무거운 폭탄(탱크, 방카, 동굴파괴) 폐 U 활용(U-238) 원소의 비중

7.4 핵 발전 사고 (체르노빌 원전사고 원인?) _ 발전소 소장 핵 물질 양 = 핵 폭탄 냉각시스템 역할 _ No chain Rxn : 핵폭발 위험은 없음: 핵 폭발이 아님 _ Melt-down문제 냉각시스템 고장 시 과열로 1000C이상 냉각시스템 역할 그림 7-7 : 사고직후 체르노빌 발전소 사진

7.5 핵발전소가 핵폭발을 일으킬 수 있는가? No! Why? 핵 연료: 3-5% U-235 Controlled fission 7.5 핵발전소가 핵폭발을 일으킬 수 있는가? No! Why? 핵 연료: 3-5% U-235 Controlled fission 핵 폭탄: >90% U-235 Chain reaction U-235 농축법: 1. 기체 확산법 2. 원심 분리법 Difficult and Costly!!!

7.6 핵연료의 핵무기 전환? Pu : 플루토늄 (Pu239) - Pu239도 유도핵분열 (Nagasaki bomb) U238 + Neutron ---> Pu239 원자로 내에서 일어남. Pu는 U과 다른 원소이므로 화학적으로 쉽게 분리가능 즉 사용핵연료로부터 쉽게 추출가능 북한 핵사찰 사유 : 연료봉 밀봉

7.7 방사능이란? -Ray : He원자핵 -Ray : 전자 -Ray : 전자파

Properties of Radiation: Will not penetrate paper, can not do damage unless digested Can not penetrate 1/4 inch of wood, can cause some skin cancer etc. Will penetrate several feet of concrete of several inches of lead Think of superman’s x-ray vision

7-8 방사능의 위해성 Madam Curie : 백혈병으로 사망 방사능 과다노출 방사선 E : Mega eV X-선 E : Kilo eV 자 외 선 : 10 eV 세포를 무차별 파괴함 특히 분열이 활발한 세포: 암의 방사선 치료요법

배경 방사능의 발생원 Natural : 82% Man-made : 18% . 4/5가 자연방사능 . 3/4가 의료치료 자연방사능 예: - C14 자연방사성 원소 인체: 3x 1026 C로 구성 3x 1014 개 C14 - 한숨 : 3.5x 106 개 C14 흡입 . 4/5가 자연방사능 . 3/4가 의료치료 . 핵 발전관련 0.1%

7.9 핵 폐기물은 얼마나 오랫동안 남아 있는가? 핵의 소멸(붕괴)속도: 고유함수(가속 불가) 반감기:1/2로 줄어드는 시간 U238 : 45억년, Th234 : 24일, Po214 : 0.00016초: 다양 Pu239 : 24,400년: 같은 원소도 서로 다름 Pu231 : 8.5 분 *다른 주요 방사성원소 I131 : 8일 갑상선 암 유발. (체르노빌 후 요드 비타민 매진 ) Sr90 : 29년 뼈에 농축 (골수암) C14 : 5730년 : 대기권에서 계속 생성 유물의 년대측정에 이용

Pu-239

7.10 핵 폐기물의 처분? 고 준위 폐기물(사용 후 핵연료): Very Hot??? In Temp and Activity 7.10 핵 폐기물의 처분? 고 준위 폐기물(사용 후 핵연료): Very Hot??? In Temp and Activity 발생량(US): 30,000 ton 52,000 ton by 2005 현재 물속에 넣어 보관 중 (why?) 폐기방법: 1. 재처리 (분리 회수) 2. 영구매립(보관) 현재 어느 나라도 못 실시 미국: 네바다 사막에 설비 중 (3. 개발도상국에 수출?) 장애물 : NIMBY (님비) 현상 Technology: 불확실

7.13 원자력의 손익계산? 이익과 손해 Risk and benefit analysis : not simple 7.13 원자력의 손익계산? 이익과 손해 Risk and benefit analysis : not simple -위험노출 : 자의적 결정 : bungee jump 타의적 결정 : side smoking -일상생활 : 결정 -인간의 이중 반응: 1. 무시경향 (불속의 생명체 방관 ) 2. 절대 안돼 (NIMBY)

*1982, US burns 616 million tons of coal 801 t U, 1971 t Th 배출 핵 발전과 석탄발전 비교 탄광사망자: 100,000명(US) :현재까지 위험비교: 석탄 핵 작업자 2.7 0.3 ~ 0.6 일반인 1.2 ~ 50 0.03 돌발사고 0.5 0.04 1000만KW발전소 1 년간 운영시 사망자수 *석탄발전이 더 방사능물질을 많이 배출! *1982, US burns 616 million tons of coal 801 t U, 1971 t Th 배출 *다른 요인: 정서적 요소 (Mystery, 오해, 버섯구름 체르노빌, Three Mile Island 사고로 촉발

7.14 핵 (분열) 발전의 미래 Do we have a choice? - 1991, US 핵 발전 건설 추진 제안 (Bush): 지구온난화 대처 방안으로 - 핵 전문가: 21세기 에너지 위기 발생 예견 Major Blackout 발생 - 정치적으로 추진이 현재로선 어려움: 대중이 받아 들이지 않는 현재로선. 선택의 여지는 있는가? 핵 발전 : 지구온난화, 산성비(대기오염) 대안? 핵발전소 1기: U-235 2t을 1.5년 사용 석탄발전 : 매일 10,000t 석탄 소모 SOx 300 t, NOx 100t 배출

-핵에너지 개발 : 1960초 - 1979까지 활발 -1980년대부터 쇠퇴 원인: 1. 에너지 수요정체(석유파동으로) 2. 핵 안전사고(체르노빌, Three Mile Island)

핵 에너지의 장래? 대중(People)과 정치에 달려 있음 또 다른 장애물: 폐기물 처리? 아직까지 미해결 선결요소: 과학기술 진보와 대중의 신뢰회복 핵 에너지의 장래? 대중(People)과 정치에 달려 있음 “Reason, not emotionalism, must govern our action!” Assay: 핵 에너지 확대에 대하여 찬.반 입장을 밝히라.