2. 목차 1. 원자폭탄과 차이 2. 체르노빌, 후쿠시마 사고 3. 폐기물 처리 4. 방사선 유출
5. 방사선이 미치는 영향 6. 방사선량 비교 7. 원전 고장 8. 원전의 수명과 노후화
1. 원자력 에너지 2. 우라늄 동위원소 3. 연료
4. 설비 5. 원전의 핵폭발 6. 참고문헌
목차
3. 공통점 : 원자력 에너지
원자력 에너지
: 에너지를 가진 중성자가 원자핵과 충돌하여 핵에 포획되면, 중성자의 에너지에 의해 핵의 에너지가 높아진다.
불안정해진 핵은 딸 핵종 과 방사선 (= 에너지의 흐름) 을 방출하며 붕괴된다.
이때 붕괴 전, 후의 원자핵에 질량결손이 생기고, 질량-등가 공식에 의해 질량차이 만큼 에너지로 전환된다.
E = 𝑚𝑐2
원자력 발전과 원자폭탄에서는 우라늄-235의 분열을 이용한다.
우라늄의 핵분열 에너지
우라늄 대신 플루토늄-239 를 사용하기도 한다.
원자력 발전소
: 전기생산
원자폭탄
: 파괴
4. 우라늄 동위원소
우라늄을 중성자로 충돌시키면 중성자가 가지고 있는 에너지에 의해 원자핵이 에너지를 얻는다.
우라늄이 분열되기 위해서는 6MeV의 에너지가 필요한데,
중성자가 가지고 있는 에너지에 상관없이(높은 에너지를 갖든 적은 에너지를 갖든)
핵과 충돌하면 즉 포획되면 5. 3MeV의 에너지를 핵이 얻는다. 그래서 분열을 하기위해서는 0. 7MeV의 에너지가 필요.
우라늄은 원자번호가 92번이라 235 동위원소는 중성자가 홀수개인데, 중성자충돌을 통해 +1로 짝수가 되면
더 안정해지면서 1~2 MeV의 에너지를 방출한다.
그래서 235는 에너지 장벽을 넘어서 크립톤과 바륨으로 분열하고 2~3개의 중성자와 에너지를 방출하는 반면
238은 중성자가 짝수에서 홀수가 되기 때문에 분열에 필요한 에너지를 더 얻지못하고 중성자는 그대로 핵에 포획.
그후 베타붕괴를 해서 넵튠이 되고 넵튠이 베타붕괴를 해서 플루토늄이 된다.
우라늄 동위원소 우라늄-235, 우라늄-238
5. 우라늄 동위원소
반감기
(방사능이 1/2가 되는 시간 = 2배로 안정해 지는 시간)
235 7 억년
238
44.6억년
그냥 탄소같이 핵분열이 거의 없는 수준
235가 홀수라서 238에 비해
불안정하며(에너지 장벽이 낮다)
방사선의 세기와 핵분열성이 크다.
자연에 존재하는 우라늄 원소는 대부분 에너지장벽이 큰 우라늄-238로 구성되어 있으며
비교적 에너지장벽이 낮은 우라늄-235는 잘 붕괴되서 자연에 0.71% 로 극히 적은 양이 존재한다.
6. 우라늄-235 원자핵에 열 중성자 (음속) 를 유효충돌 시키면 2~3개의 중성자와 에너지가 방출된다.
1번의 핵분열 당 2개의 잉여 중성자가 나오고 이 중성자로 인해 2번의 핵분열 반응이 일어날 수 있다.
그렇게 되면 다음 단계는 4번의 반응, 그 다음에는 8번으로 핵분열이 기하급수적으로 증가하며 에너지양도 늘어난다.
원폭과의 차이
원자폭탄 : 중성자를 모두 연쇄반응에 쓰이도록 한다. 연쇄반응을 촉진시킨다.
원자로에 중성자를 흡수하는 물질인 Cd 막대 등의 흡수재를 넣어서 생성되는 중성자를
하나만 남겨놓고 나머지를 없애 버린다. 그러면 다음 단계에서 핵분열은 하나만 일어나게 되며,
이 조절을 매 연쇄반응마다 해서 에너지가 폭발적으로 늘어나지 않도록 제어한다.
원자력 발전 :
연쇄반응 이란 ?
7. 차이점 : 연료
연쇄반응을 통한 폭발이 일어나기 위한 U-235의 질량.
분열에 의한 에너지에 의해 우라늄 덩어리가 팽창하는데, 이때 우라늄 원자들의 간격이 반응이
못 일어날 정도로 너무 멀어 지기 전에 중성자 충돌이 일어나야 한다.
즉, 우라늄 덩어리가 팽창하는 것보다 중성자 분열이 빠르게 진행되어야 한다. 그러기 위해서
는 U-235가 상당히 농축되어야 한다.
임계질량보다 작은 덩이리는 폭발할 수 없고 U-235가 이 질량한계를 넘어야 폭발할 수 있다.
하지만 원전의 연료량은 원폭에 비해 엄청 적고, 폭발을 일으킬 수 있는 농도가 아니다.
① 임계질량
U – 235 연료 농도
(Pu-239 도 쓸 수 있다)
원자폭탄 90 % 이상
원자로 중수로 : 0. 7 %
경수로 : 2 ~ 5 %
ㅍ
에너지 증가 계속증가
폭발
U-235
8. 연쇄반응은 중성자들이 계속 우라늄 원자핵에 충돌해야 지속된다.
원자로는 우라늄의 분열에너지가 전력생산에 적당하도록
원자폭탄은 짧은 시간에 기하급수적인 연쇄반응을 일으켜야 하기
때문에 중성자가 새어 나가지 않고 모두 연쇄반응에 쓰이도록 한다.
② 설비
차이점 : 설비
원자폭탄 템퍼 = 중성자를 반사.
폭탄 밖으로 탈출하는 중성자를 반사 시켜서
연쇄반응 확률을 높인다.
원자로
제어봉 = 중성자 흡수재 역할.
에너지가 증가하지않도록 출력제어.
중성자 반사
중성자 흡수 냠
9. 원전이 핵폭발 할 위험?
원전에서 굳이 핵폭발을 시키기 위해선 우선 폭탄의 원료인 U-235과 Pu-239 등의 농축공정
부터 필요하다. 하지만 이 공정은 매우 어려운 기술이며 대규모의 공장을 필요로 한다
원자력 발전소는 폭발 할 수 없다! !
U-235가
임계질량보다
엄청 낮다.
중성자를
제거한다.
10. http://nuclear.skku.ac.kr/introduction 핵물리 이론 연구실
http://nucleng.snu.ac.kr/ 서울대학교 원자핵공학과
http://nuclear.kaist.ac.kr:8080/index.php?mid=nu_curriculum1_1_3 카이스트 양자공학과
http://www.kaif.or.kr/?c=dat&s=6 한국원자력산업회의
https://home.kepco.co.kr/kepco/KE/I/htmlView/KEIAHP00107.do?menuCd 한국 전력공사
http://www.karc.or.kr/pds/data/1351743489_02.pdf
원자력발전에 따른 문제와 새로운 에너지의 실현 가능성/ 이은철/ 한국학술협의회
