원자력발전

원자력 발전

원자의 핵분열을 이용하여 에너지를 얻어내는 방식

1. 핵분열 연쇄반응
   중성자가 원자핵과 충돌 핵분열 연쇄반응: 2~3개의 중성자 방출
   중성자 고속중성자($2\textsf{MeV}$) 감속제 충돌 저속(열)중성자($0.025\textsf{eV}$)
2. 핵분열 중성자 에너지
   질량 결손 에너지 $W=mc^{2}[\textsf{J}]$ ($m$: 질량$[\textsf{kg}]$, $c=3\times 100^{8}\textsf{m/s}$)
3. 원자력 발전용 핵 연료: $_{92}\textsf{U}^{235}$, $_{92}\textsf{U}^{238}$, $_{94}\textsf{Pu}^{239}$, $_{94}\textsf{Pu}^{241}$

원자로의 구성

1. 감속재
   • 중성자의 속도를 감속시키는 역할
   • 고속 중성자를 열중성자까지 감속시키는 역할
   • 중성자 흡수가 적고 감속효과가 큰 것이 좋음
   • 경수, 중수, 흑연, 산화 베릴륨 등
2. 제어재
   • 중성자의 밀도를 조절하여 원자로의 출력 조정
   • 중성자를 잘 흡수하는 물질인 붕소, 카드뮴, 하프늄 등
3. 냉각재
   • 원자로 내의 열을 외부로 운반하는 역할
   • 경수, 중수, 이산화탄소, 헬륨, 액체 나트륨 등
4. 반사재
   • 원자로 밖으로 나오려는 중성자를 노 안으로 되돌리는 역할
   • 중성자의 손실을 감소시키는 역할
   • 경수, 중수, 흑연, 산화베릴륨 등
5. 차폐제
   • 방사능(중성자, 감마선)이 외부로 나가는 것을 차폐하는 역할
   • 납, 콘크리트 등

원자력 발전소의 종류

1. 비등수형(BWR)
   • 원자로 내에서 바로 증기를 발생시켜 직접 터빈에 공급하는 방식
     1. 연료: 저농축 우라늄
     2. 감속재, 냉각제: 경수
     3. 특징
     • 기수분리기 사용(물과 증기 분리)
     • 방사능을 포함한 증기 우려
     • 미국 GE 사에서 개발, 우리나라에서는 사용하지 않는다.
2. 가압수형(PWR)
   • 원자로 내에서의 압력을 매우 높여 물의 비등을 억제해 2차 측에 설치한 증기 발생기를 통하여 증기를 발생시켜 터빈에 공급하는 방식
     1. 가압 경수형 원자로
     • 경수 감속, 경수 냉각
     • 울진, 영광, 고리
     • 연료: 저농축 우라늄
     • 감속재, 냉각제: 경수 2. 가압 중수형 원자로
     • 중수 감속, 중수 냉각
     • 월성
     • 연료: 천연 우라늄
     • 감속제, 냉각재: 중수
     • 캐나다 개발(CANDU)
     • 특징
       • 열교환기 필요
       • 원자로, 열교환기: 보일러 역할