제 3장 핵분열에너지 정성필, 정여진

목 차 1. 핵분열이란? 2. 연쇄반응의 경로 3. 가압경수로의 구성과 핵반응 단면적 목 차 1. 핵분열이란? 2. 연쇄반응의 경로 3. 가압경수로의 구성과 핵반응 단면적 4. 우리나라 핵발전 실태와 핵 연료 싸이클 5. 우라늄-235의 분열에너지 6. 고속증식로 7. 플루토늄의 용도 8. 부안 방사성 폐기물 처리장 사건

핵분열이란?

우라늄 235와 우라늄 238의 비교 동위원소 관계 우라늄 235 : 양성자 92개, 중성자 143개. 우라늄 238 : 양성자 92개, 중성자 146개. 차이점 우라늄 235 핵분열을 함. 우라늄 238 핵분열을 하지 못함. 자연 상태에서 존재비 우라늄 235 : 우라늄 238 = 1 : 140

연쇄반응의 경로 핵반응식 235U+1n F1+F2+2.41n+200MeV F1 , F2 : 핵분열로 생긴 파편 중 원자핵의 질량수가 95, 139 부근에 분포되어 있는 것 2.4 : 실제로는 2 또는 3 이지만 평균값. MeV : M은 Mega, eV은 전자볼트

연쇄반응 k= 중성자 한 개[1세대] 2.4개의 중성자(2세대) 우라늄 235와 다시 부딪쳐 핵분열반응 유발(3세대) 또 다른 우라늄 235와 핵분열(4세대) 연쇄적 핵반응 가능 k= (n-1)세대의 핵분열 수 n세대의 핵분열 수 k>1 : (supercritical) 핵무기 k=1 : (critical)원자로 k<1 : (subcritical) 핵연구에 이용

가압경수로의 구성과 핵반응 단면적 가압경수로 경수형원자로 [ 輕水型原子爐 , light-water type power reactor ] 종류 1. 비등수형 - 제너럴일렉트릭이 개발한 것으로, 노의 내부에서 직접 증기를 만드는 방식 2. 가압수형 - 웨스팅하우스가 개발한 것으로, 노(爐) 주위에 배치된 열교환기 속에서 증기를 만드는 방식 개발 및 발전 - 처음에는 원자력 잠수함용으로 개발, 원자력발전소·원자력선 등을 위한 상용 원자로로 발전 연료- 농축우라늄

핵반응 단면적 핵연료 단위 부피당 우라늄 235 원자핵 개수와 단위 면적당 중성자 개수에 비례. 이때, 비례상수가 면적의 차원이므로 단면적이라 함.

우리나라 핵발전 실태와 핵 연료 싸이클 핵발전 실태 1. 설치 규모 2. 발전 현황 발전원 핵발전 무연탄 유연탄 석유 수력 LNG 발전량 (백만KWh) 112133 7007 105250 21988 4151 30549 구성비(%) 39.9 2.5 37.4 7.8 1.5 10.9 2. 발전 현황 - 14기 원전 가동 중 , 6기 건설 중. - 신규 10기 추가건설 2015까지 총 30기 보유.

용량(MWe) 위치 호기 1000 7호기 6호기 5호기 4호기 3호기 950 2호기 경북 울진군 북면 부구리 1호기 울진원자력본부 용량(MWe) 위치 호기 1000 6호기 5호기 4호기 3호기 950 2호기 전남 영광군 흉농읍 계마리 1호기 영광원자력본부 용량(MWe) 위치 호기 950 4호기 3호기 650 2호기 587 부산 기장군 장안읍 고리 1호기 고리원자력본부 용량(MWe) 위치 호기 700 4호기 3호기 2호기 678.7 경북 경주시 양남면 나아리 1호기 월성원자력본부

핵연료 싸이클 1. 정의 : 폐기된 핵연료 속에 남아있는 우라늄 235나 핵반응으로 부생된 플루토늄 239를 화학처리로 회수하여 연료로 재사용 하는 것. 2. 폐기된 핵연료 : 타다 남은 분열성 핵 물질이 1%. 3. 재처리방법 : 유럽의 핵재처리 공장에 의탁, 자국 내에서 폐기 핵연료 재처리하여 핵연료 사이클 확립.

우라늄-235의 분열에너지 천연 우라늄 1톤 중의 우라늄 235(0.7%) = 7Kg 그램 원자로 7000/235 = 29.8g-atom U-235 1그램 원자 중 총 원자 수는 6.02 x 1023 개 U-235 1 그램 원자로부터 얻어지는 에너지는, 200MeV x 6.02 x 1023 = 1.204 x 1026 MeV 전력단위로는 1.204 x 1026 x 0.4455 x 10-19 = 0.536 x 107 kWh

U-235 1톤으로 얻어지는 에너지는 전력단위로는 0.536 x 107 x 29.8 = 1.59 x 108 kWh. 열량단위로는 1.59 x 108 x 0.8597 x 103 = 1.32 x 1011 kcal. 연소가 6000kcal/kg인 유연탄의 톤수로는, 1.32 x 1011  6000  103 = 2.21 x 104 톤. 우라늄 7Kg으로부터 얻을 수 있는 핵에너지는 유연탄 22100톤을 태워서 얻는 열에너지와 같다

고속증식로 전세계의 우라늄-235자원 = 4X1015KWh 화석에너지의 값과 거의 비슷함. ∴영원한 에너지 자원은 아니므로 우라늄-238의 검토 증식로 238U + 1N 239U 239Np + 0e 239Np 239Pu + 0e 천연우라늄이 빠른 중성자를 흡수하여 질량수 239, 원자번호 94인 신원소 플루토늄을 생산하는 반응

고속증식로의 문제점 1. 냉각재로 사용되는 나트륨. 이유) 물과의 반응성이 너무 크기 때문에 물과 접촉 시 폭발 위험성. 2. 반응이 격렬하기 때문에 높은 control 기술 필요. 3. 원자로 재료의 높은 내구성.

플루토늄의 용도 플루토늄 239는 핵분열 생성물로서 중요한 원자 에너지원(源)이며, 또 원자폭탄이나 수소폭탄의 주재료(主材料)로도 사용된다. 이 밖에 중성자원(中性子源)이나 중성자계수기 등에도 사용된다. 독성이 강하고, 반감기가 24,400년인 방사성 물질. ∴ 강력한 파괴력으로 인해 인류를 파멸로 이끌 우려가 있다.

부안 방사성 폐기물 처리장 사건 ‘방사성 폐기물 처리장’ 후보지로 단독 신청한 전북 부안군 위도(蝟島)는 2003년 7월16일 오후 안개에 휩싸인 채 적막감이 흘렀다.

감사합니다

연습문제 우라늄-235와 우라늄-238의 차이점은? - 우라늄 235 핵분열을 하지만, 우라늄 238 핵분열을 하지 못함. 가압경수로는 어떤 연료를 사용하는가? - 농축우라늄 폐기된 핵연료 속에 남아있는 우라늄 235나 핵반응으로 부생된 플루토늄 239를 화학처리로 회수하여 연료로 재사용 하는 것을 무엇이라고 하는가? - 핵연료 싸이클 고속증식로에 사용하는 원료는? - 우라늄-238 부안 방사성 폐기물 사건과 같은 지역 이기주의를 무엇이라고 하는가? - NIMBY ( Not In My Back Yard, 님비현상 )