공부하고 정리하고

오늘부터 우리나라 원자력 발전의 시스템에 대해서 자세히 알아보는 포스팅을 올리도록 하겠습니다. 하지만 시스템을 이야기하기 전에 기본적으로 알고 가야 하는 것이 몇 가지 있습니다.

• 왜 우라늄을 사용하는가?
• 물의 역할은 뭘까?
• 랭킨사이클에 대한 이해

이 정도만 소개를 하고 바로 시스템에 대해 알아보겠습니다.

그럼 오늘의 주제인 우라늄을 사용하는 이유를 생각해보겠습니다.
왜 우라늄을 사용할까요? 방사성동위원소는 많습니다.
그런데 굳이 우라늄인 이유가 있을까요?
사실 우라늄만 가능한 것은 아닙니다. 플루토늄으로도 가능하고 토륨으로도 가능은 합니다.
하지만 우리가 고려해야 할 점이 있습니다.

발전하는데 적합한가? 입니다.

발전하는데 적합하기 위해서는 연속적인 핵분열이 가능해야합니다.
또한 발전에 사용할 만큼 충분한 에너지가 발생해야합니다.
그리고 구하기가 용이해야 합니다.
여기에 가장 적합한 원료는 U-235입니다.

왜 그럴까요?

우선 연속적으로 핵분열이 가능한 물질은 핵분열성 물질과 직접적인 핵분열 물질은 아니지만 중성자와의 반응으로 생기는 생성물이 핵분열성 물질인 핵분열 원료물질이 있습니다.
여기에는 우라늄과 토륨 그리고 플루토늄이 있습니다.
이 물질들은 중성자를 하나 받게 되면 불안정해져서 붕괴를 하는데 일반 방사성 붕괴로 방출하는 감마선, 알파선, 베타선만 방출하는 것이 아니라 두 개로 쪼개어지는 반응을 하게 됩니다.
즉, 원자력 발전에 쓰이기 위해서는 쪼개어지는 반응을 하는 물질이어야 합니다.

여기서 연속적인 핵분열이 가능해야 한다고 했죠?

이를 위해서는 핵분열시 중성자가 무조건 같이 나와야 합니다.
두개로 쪼개질 때 말이죠. 이것이 가능한 물질이 핵분열성 물질입니다.
이런점에서 토륨은 원전에서 사용되는데 까다롭습니다. 우라늄보다 4배나 많은데 말이죠.
핵분열원료물질이기 때문에 연속적인 핵분열을 만들어 내기가 힘들기 때문이죠. 하지만 이를 가능하게 하기 위해서 연구는 진행중인 것으로 알고 있습니다.

그리고 발전을 위해서는 에너지가 많이 나와야 하는데 보통 한 번의 붕괴당 200MeV라는 에너지가 방출됩니다.
아인슈타인의 질량등가공식에 의해 이 값을 구할 수 있습니다. 알파선 하나당 4MeV 정도인 것에 비교하면 매우 큰 에너지임을 알 수 있습니다. 그렇기에 이 핵분열성 물질을 사용하는 것입니다.

마지막으로 구하기 용이해야 합니다. 그런데 플루토늄은 어떻게 구할까요?
아쉽게도 플루토늄은 구하기가 까다롭습니다. 왜냐하면 자연계에 존재하지 않기 때문입니다.
자연계에 존재하는 물질 중에 가장 무거운 물질은 우라늄입니다. 플루토늄은 우라늄보다 양성자가 두 개 더 많은 원소이죠. 그래서 플루토늄은 인공적으로 만들어 냅니다.
하지만 우라늄보다 가벼운 물질이 있기는 있습니다. 바로 토륨입니다.
그런데 이 토륨은 잘 사용되지 않습니다.

그렇기 때문에 남은 물질은 핵분열성 물질이며 구하기가 비교적 쉬운 U-235입니다.
비교적 구하기 쉬운 이유는 반감기가 방사성동위원소임에도 불구하고 7억년정도 이기 때문입니다. 보통 7번 이상의 반감기가 지나야 방사능이 거의 없다고 간주하는데 아직 7번 정도면 4억년정도 더 남아있습니다.
그래도 6번반감한뒤인만큼 소량인 우라늄중에 0.72%차지하는 양만큼 현재 존재합니다.
이 0.72%만큼의 U-235 존재로 우리는 현재 원자력 발전을 하고 있습니다.

사실, 토륨이나 플루토늄을 사용하는 응용된 원자로는 연구중입니다. 전문가들은 꿈의 원자로라고 합니다. 상용화만 된다면 말입니다. 나중에 PWR 시스템에 대해서 소개가 끝난뒤에 간략하게 소개하도록 하겠습니다.
오늘은 왜 우라늄을 사용하는가에 대해서 알아보았습니다. 다음 시간에는 물을 사용하는 이유에 대해서 알아보겠습니다. 여기서 포스팅을 마칩니다. 감사합니다!!

 

“해당 포스팅에 사용한 이미지는 구글 이미지임을 알립니다.”

“해당 포스팅은 스팀잇에서 작성한 글을 옮긴 포스팅입니다.”