2. 방사성 물질은 어떻게 이용될까? 방사성 물질 원자력 발전

학습 목표 방사성 에너지 자원의 생성 과정과 이용 방법을 설명할 수 있다.

배울 내용 1. 방사성 물질 방사성 원소 핵분열 2. 원자력 발전 원자력 발전의 원리 방사성 폐기물

도입 활동 원자력 발전은 필요할까? 우리나라에서는 전체 발전량 중 원자력 발전이 차지하는 비율이 50%를 넘으며 전력 문제 해결을 위해 계속해서 원자력 발전소를 건설하고 있다. 하지만 외국의 경우, 발전소의 안전 문제와 폐기물 처리 문제 때문에 원자력 발전소를 더 이상 건설하지 않거나 점차 그 수를 줄여 나가는 나라도 있다. 에너지 문제 해결의 효과적인 대책이 없는 상황에서 원자력 발전의 필요성에 대한 논쟁은 지금도 계속되고 있다.

1. 방사성 원소 방사성 원소는 ( )을 가진 원소들을 총칭하는 용어로서, 자연 방사성 원소와 인공 방사성 원소로 나눌 수 있다. 이 원소들은 원자핵이 ( ), ( ), ( ) 등의 방사선을 방출하면서 붕괴되어 안정한 원소로 변한다. 안정한 원소가 되기 위해 여러 번의 붕괴를 거치는데, 우라늄 계열, 토륨 계열, 악티늄 계열이 여기에 해당한다. 방사능 α선 β선 γ선

1. 방사성 원소 * 방사성 원소의 생성 방사성 원소는 우주에서 ( )로 만들어졌으며, 방사성 원소는 우주에서 ( )로 만들어졌으며, ( ) 지구의 지각에 ( )되어 있다가 마그마가 천천히 식어 굳어지는 과정에서 한 곳에서 모여 광상을 이루었다. 초신성 폭발 지구가 생성될 때 포함 NGC 1260에 속한 초신성 ‘SN 2006gy’의 폭발

1. 방사성 원소 ① 방사성 물질 방사선을 낼 수 있는 능력을 가진 물질을 말한다. 원자 또는 원자핵의 에너지 준위가 불안정한 상태에 서 방사선을 방출하는 핵종을‘방사성 핵종’또는‘방사성 동위 원소’라고 하며, 이를 일정한 비율 이상 함유한 물질을 방사성 물질이라고 한다. 자연계에 존재하는 원자 번호가 큰 우라늄, 라듐 등 40여종의 원소는 원자핵이 붕괴하면서 방사선을 방출한다.

1. 방사성 원소 ① 방사성 물질 (1) 우라늄 : 자연에 존재하는 우라늄은 U234, U235 및 U238 의 방사성 핵종의 혼합물이며, 모두 α선 및 γ선을 방출하면서 붕괴된다.

1. 방사성 원소 ① 방사성 물질 (2) 라돈 : 자연계에 널리 존재하는 방사성 물질로, 우라늄 계열에서 α붕괴가 일어날 때 Rn226이 생성되고, 다시 붕괴하여 Rn222이 생성된다. 라돈은 화강암 지역의 대수층에 있는 지하수에서 검출된다.

1. 방사성 원소 ① 방사성 물질 (3) 라듐 : 우라늄과 토륨이 붕괴되어 생성되며, Ra228, Ra226, Ra224, Ra223 등 4종류의 동위 원소가 있다. Ra226 및 U238의 α붕괴로 생성되고, 화강암과 장석을 포함하는 사암이 발달한 대수층의 지하수에서 의 농도가 높게 나타난다.

1. 방사성 원소 ② 핵분열 우라늄과 같이 불안정한 핵을 가지고 있는 원자는 핵이 분열하여 더 가벼운 원소의 핵으로 분열되면서 에너지를 발생하는 현상

1. 방사성 원소 ② 핵분열 1938년 독일의 오토 한(Otto Hahn, 1879~1968)과 프리츠 슈트라스만(Fritz Strassmann, 1902~1980)은 U238에 열중성자가 충돌하면 질량이 비슷한 두 개의 바륨(Ba) 동위 원소로 갈라지고 중성자가 2~3개 방출되면서 큰 에너지가 발생한다는 것을 발견하였다.

2. 원자력 발전 ① 원자력 발전의 원리 ( )에서 발생한 ( )는 물을 가열시켜서 증기를 생산하고, 이 증기가 발전기에 연결된 터빈을 가동시킨다. 핵분열 열에너지

2. 원자력 발전 ② 원자력 발전과 원자 폭탄 원자력 발전이나 원자 폭탄은 모두 우라늄의 핵분열 에너지를 이용하는 점에서는 같으나, 연료나 구조가 근본적으로 다르다.

2. 원자력 발전 ② 원자력 발전과 원자 폭탄 (1) 원자 폭탄 ( )에 가깝게 고농축한 우라늄이나 순도가 90% 이상인 Pu239를 연료로 사용하여 순간적인 핵분열 연쇄 반응을 일으켜서 폭발시키는 것이다. U235를 100% 히로시마 투하 원자폭탄 나가사키 투하 원자폭탄

2. 원자력 발전 ② 원자력 발전과 원자 폭탄 (2) 원자력 발전 오랜 시간에 걸쳐 에너지를 일정하게 발생하도록 설계되어 있으며, ( ) 밖에 포함되지 않는 저농축 우라늄을 연료로 사용한다. 또한 ( )으로 핵분열을 조정하고 있어서 원자 폭탄처럼 폭발할 수 없도록 제어하고 있다. U235가 2~5% 정도 제어봉

2. 원자력 발전 ③ 경수로와 중수로 원자력 발전소의 핵심 설비인 원자로 중에서 가장 널리 보급된 것은 경수로와 중수로이다. 핵분열이 일어날 때에는 고속 중성자가 나오므로, 그 속도를 낮추어 주는 물질(감속재)을 원자로 안에 넣어 두어야 한다. 이때 감속재로 쓰이는 물질에 물(경수)와 중수가 있다. ( )을 연료로 하여 ( )를 감속재로 사용한 원자로를 ( )라고 하며, ( )을 연료로 하여 ( )를 감속재로 사용한 원자로를 ( )라고 한다. 천연 우라늄 중수 중수로 농축 우라늄 경수 경수로

2. 원자력 발전 ③ 경수로와 중수로 천연 우라늄 속에는 핵분열이 일어나는 성분(U235)이 0.7% 밖에 없기 때문에 중수를 감속재로 사용할 경우, 천연 우라늄을 사용해도 연쇄 반응이 가능하다. 그러나 경수를 감속재로 사용할 경우에는 중성자의 감속 능력이 떨어져 우라늄 중 U235 함량을 인위적으로 높여(농축 우라늄) 사용해야만 한다.

2. 원자력 발전 ② 방사성 폐기물 방사성 폐기물은 방사성 물질을 취급하는 모든 곳에서 발생하는데, 크게 ( )과 ( )로 나눈다. 고준위 폐기물은 원자력 발전에 사용된 후의 핵연료를 의미하고, 중저준위 폐기물은 원자력 발전을 할 때 발생하는 정비 후 자재, 장갑, 양말, 폐수지 등과 의료용 방사성폐기물, 산업용 방사성 폐기물 등을 말한다. 고준위 폐기물 중저준위 폐기물 고준위 폐기물은 별도로 저장하여 외부로 유출되는 것을 미리 막고 있다. 중저준위 폐기물은 드럼에 넣어 발전소나 저장 시설에 저장한다.

2. 원자력 발전 ② 방사성 폐기물

정리 및 평가 다음 중 방사성 물질에 대한 설명으로 옳은 것은? ① 원자핵이 붕괴하면서 방사선을 방출한다. <문제 1> 다음 중 방사성 물질에 대한 설명으로 옳은 것은? ① 원자핵이 붕괴하면서 방사선을 방출한다. ② 오랜 시간 높은 열과 압력을 받아 생성된다. ③ 자연 방사성 원소가 들어 있는 모든 물질은 방사성 물질이다. ④ 자연계에 존재하는 철, 구리, 알루미늄 등 40여 종이 있다. ⑤ 방사성 물질이 갖는 방사성 에너지는 태양 에너지가 근원이다. ① 원자핵이 붕괴하면서 방사선을 방출한다.

정리 및 평가 방사성 폐기물 중 저준위 액체 폐기물의 처리 방법으로 옳은 것은? ① 압축을 통해 부피를 줄여 처리한다. <문제 2> 방사성 폐기물 중 저준위 액체 폐기물의 처리 방법으로 옳은 것은? ① 압축을 통해 부피를 줄여 처리한다. ② 재활용 할 수 있기 때문에 폐기물로 간주하지 않는다. ③ 여과, 이온 교환법 등을 이용해 걸러낸 후 바다로 흘러 보낸다. ④ 농축하여 찌꺼기는 시멘트로 굳힌 후 밀봉하여 저장고에 보관한다. ⑤ 폐기물 저장소는 지반이 부드럽고 활성화된 지역이 적합하다. ④ 농축하여 찌꺼기는 시멘트로 굳힌 후 밀봉하여 저장고에 보관한다.

1. 핵에너지가 화석 연료를 대체할 수 있는 에너지원으로 불리는 이유는 무엇인가? 정리 및 평가 1. 핵에너지가 화석 연료를 대체할 수 있는 에너지원으로 불리는 이유는 무엇인가? 원자력 발전은 원자핵이 분열할 때 나오는 막대한 에너지를 이용한 것이다. 원자력 발전은 초기 건설 비용이 높은 편이나, 유연탄, 석유, LNG와 같은 에너지에 비해서 연료비가 휠씬 낮고, 화석 연료를 사용할 때 배출되는 이산화탄소와 같은 물질이 나오지 않는 에너지원이다.

2. 핵에너지를 이용할 때 방사성 폐기물의 처리가 문제가 되는 이유는 무엇인가? 정리 및 평가 2. 핵에너지를 이용할 때 방사성 폐기물의 처리가 문제가 되는 이유는 무엇인가? 방사성 폐기물에서는 인체에 해로운 방사선이 나온다. 따라서 처리 과정에서의 안전성이 매우 중요하다. 방사성 폐기물을 저장할 때에는 처리장의 지질 구조, 지하수의 유입 및 누출 등과 같은 토양 및 물, 공기 등의 오염에 주의해야 한다. 따라서 방사성 폐기물을 처리할 때에는 수거 과정, 밀폐 시설 및 저장 장소 등을 엄격하게 관리해야 한다.

정리 및 평가 3. 창의▪인성 : 우리나라에서는 방사성 폐기물 처리장을 정할 때, 어떤 과정을 거쳤는지 조사해 보고, 만약 자신이 살고 있는 지역에 방사성 폐기물 처리장이 건설된다면 어떻게 할지 찬성과 반대의 입장 중 하나를 택하여 자신의 생각을 글로 써 보자.

정리 및 평가 찬성 : 원자력 발전소는 설계할 때부터 안전에 최우선을 두고 있으며, 차후에 발생하는 방사성 폐기물도 여러 과정을 거처 안전하게 처리하기 때문에 안심해도 된다. 우리나라의 경우, 지난 수십 년 동안 원자력 발전소를 운영하면서 방사능 유출로 인한 피해가 없다. 이러한 사실은 방사성 폐기물 처리장이 우리 지역에 건설되어도 안전하다는 것을 증명해 주고 있다.

정리 및 평가 반대 : 원자력 에너지가 화석 연료를 어느 정도 대체할 수 있는 에너지인 것은 인정하지만 궁극적으로 대안이 될 수는 없다. 원자력 발전을 하는 과정에서 나오는 폐기물은 한 번의 실수만으로도 생태계를 비롯해서 사람에게 많은 피해를 줄 수 있는 위험 요소가 있다.

차시 예고 13차시 화석 연료는 얼마나 남아 있을까?