210421 [알기 쉬운 원자력 에너지 이야기] Week4 핵연료 물질의 순환 및 원자력 안전 소개

◼︎ 1차시 우라늄의 일생

ㅇ 핵연료 주기 3분류

1. 선행 핵 주기

2. 원자로 발전

3. 후행 핵 주기

 

ㅇ 우라늄의 가공순서

- 우라늄 광물채취

- yellowcake 상태(U3O8)로 변환 후 운반

- 고체(U3O8)를 기체(UF6)로 만든 뒤 농축(3~5%))

: UF6로 압축하는데 많은 전기 소모

- 농축 후 핵연료로 가공하여 원자로 발전

 

ㅇ 우라늄 농축 방법

1. 가스확산법

2. 원심분리압축

- 우라늄235의 가벼운 성질을 이용, 원심력으로 우라늄238을 바깥으로 분리후 우라늄235를 농축

- 러시아, 중국, 일본, 북한등 많은 나라 사용

 

ㅇ 우라늄 폐기방법

- 전체 연료중 우라늄235의 농축수준인 3~5%만 방사선을 방출

- 우라늄 폐기시 문제가 되는 원소는 5가지 (스트론슘, 세슘, 아이오다인 등) 

- 오랜기간 방출되는 방사선을 차단하고 잔열을 냉각시켜야 안전

 

ㅇ 또 다른 위험물질 TRU

- Trans-Uranium

- 우라늄238이 중성자를 흡수하고 무거운 원소가 됨으로 발생하는 원소들

- 방사성 붕괴를 하기 때문에 사용후 핵연료에서 분리해야함

 

ㅇ TRU 재사용

- EBR-1(나트륨 또는 액체 금속을 냉각재로 사용하는 원자로)에서 감속시키지 않은 고속 중성자를 이용하여 재활용

- 이 기술이 사용하면 에너지로 사용하지 못했던 우라늄238(우라늄 전체의 99.3%)을 이용할 수 있음

- 재처리 하는 화학공정은 크게 습식공정(Purex)과 건식공정(파이로 공정)으로 나뉨

 

ㅇ TRU 재사용 허용시 문제

- 습식공정을 통해서 순수한 플루토늄을 추출 가능

- 플루토늄은 핵폭탄 개발에 이용 가능

- NPT(핵무기 비확산 조약)에 가입하고 있는 국가는 사용불가

 

ㅇ 건식공정

- 현재 우리나라에서 연구중

- 불순물이 포함된 덩어리 형식의 TRU로 배출

- 핵무기사용에 적합하지 않음

- 고속로에서 사용 가능

 

ㅇ 핵폭탄의 종류

1. 우라늄탄

2. 플루토늄 탄

 

ㅇ 우라늄탄

- 우라늄235를 가스확산법 또는 원심분리법을 이용하여 90% 이상 농축

- 핵분열 반응이 안정적이라 핵폭탄 제작이 쉬움

- 대신 농축이 어렵기 때문에 농축설비 구축을 감시의 대상으로 삼음

 

ㅇ 플루토늄탄

- 플루토늄은 자연에서 얻지 못함

- 우라늄238을 이용하여 생산

- 핵분열 반응이 매우 급속하여 여러조각으로 나눈뒤 순식간에 조각들을 합쳐주는 방식으로 폭탄 개발

- 원자로에서 사용한 핵연료를 Purex공정등을 사용하여 플루토늄을 분리

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◼︎ 2차시 방사시 안전

ㅇ 방사선의 정의

- 에너지를 가진 입자나 파동이 매질이나 공간을 통과하는 현상

 

ㅇ 알파선, 베타선, 감마선

- 원자핵이 안정화되는 과정에서 에너지를 주변으로 방출하는 방식

 

ㅇ 알파선

- 헬륨원자가 고속으로 움직이면 알파선

- 또는 알파 붕괴 때문에 나오는 방사선

- 관리가 편함

: 헬륨원자가 나오면서 에너지를 쉽게 잃음

: 종이 한장으로도 차폐가 가능

 

ㅇ 베타선

- 베타 붕괴

- 원자핵에서 전자가 나왔을 경우

- 원자핵에서 전자가 높은 에너지가 방출되면 베타선

- 차폐가 쉬움(나무판자정도)

 

ㅇ 감마선

- 입자가 아닌 에너지가 높은 빛

- 차폐가 어려움

: 납같이 원자력이 큰 물질을 사용해야 감마선의 에너지를 흡수가능

 

ㅇ 피폭의 종류

1. 외부피폭

2. 내부피폭

 

ㅇ 외부피폭

- 외부의 물질을 통해서 방사선을 맞는 경우

- 감마선, 중성자선이 주요 문제

 

ㅇ 내부피폭

- 흡입, 호흡등으로 방사선을 내는 물질이 인체 안에 존재할때

- 알파선, 베타선이 주요 문제

 

ㅇ 방사선 피폭 단위

- 큐리 : 퀴리 부인에서 따옴

- 베크렐 : 퀴리부인의 지도교수

 

ㅇ 방사능

- 단위 : 베크렐

- 1초당 1번의 붕괴율

 

ㅇ 조사선량

- 공기 1kg에 1쿨롱의 이온을 만드는 X선의 양

- 단위 : 뢴트겐

 

ㅇ 흡수선량

- 단위 : 그레이

- 물질 1kg당 흡수되는 에너지량이 1줄(J)일때의 선량

 

ㅇ 등가선량

- 단위 : 시버트

- 흡수선량(Gy) X 선질계수 X 보정계수

- 모든 효과를 종합적으로 고려한 방사선 피폭 단위

 

ㅇ 신체적 영향

- 급성 영향

: 탈모, 불임, 사망등

- 만성 영향

: 백내장, 암 백혈병등

 

ㅇ 유전적 영향

- 유전적 장애

 

ㅇ 신체적 영향과 유전적 영향은 확률론 또는 비확률론적 영향을 끼침

- 비확률론 영향은 일정량의 방사선을 맞으면 무조건 생기는 질병

: 탈모, 불임, 사망, 백내장등

 

ㅇ 자연 방사선

- 우주 방사선

- 지표, 물, 식물등의 방사선

- 체내 방사선원

: 칼륨-40, 탄소-14, 납-210 등)

 

ㅇ 일반인들이 맞는 대다수는 자연방사선(82%)

 

ㅇ 비행기 탑승시 방사선

- 지표면에 있을때 공기가 차폐했던 우주방사선을 맞기 쉬운 환경

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◼︎ 3차시 원자력 안전

ㅇ 심층방어

- 여러 단계를 거쳐 방사성 물질을 막는 다중 방어

 

ㅇ 방어 단계

- 핵연료 물질로 사용되는 산화우라늄

: 방사성 물질이 핵연료 안에 최대한 잡혀있게함

- 핵연료를 감싸는 피복관

- 원자로 용기

- 원자로 내벽

- 원자로 외벽 (체르노빌은 격납건물이 없어서 피해가 가장 큰 사고)

 

 

ㅇ 심층방어는 5단계로 구성

 

ㅇ 국제원자력사건은 7등급으로 구성

-0에서 3등급까지는 사건, 이후는 사고로 판단