원자력은 1950년대부터 존재해 왔으며 복잡한 과정을 통해 방사성 물질을 에너지로 변환했습니다. 어떤 경우에는 원자력이 엄청나게 유익한 것으로 입증된 반면, 체르노빌이나 후쿠시마 원전 사고와 같은 다른 경우에는 그 반대였습니다. 그럼에도 불구하고 원자력은 세계에서 가장 깨끗하고 효율적이며 안전한 에너지 생산 수단 중 하나입니다. 그러나 원자력 엔지니어가 아닌 이상 원자력이 어떻게 작동하는지 모를 가능성이 높습니다.
원자력 발전소가 어떤 종류의 연료를 사용하는 것은 분명합니다. 하지만 에너지를 생산하는 데 정확히 무엇이 사용됩니까? 대답은 우라늄이지만, 주기율표에서 그 원소 하나를 가리키고 토론을 끝내는 것처럼 간단하지 않습니다. 세계의 원자로에 사용되는 가장 일반적인 연료는 U-235입니다. U-235는 자연 발생 우라늄의 특정 유형으로 쉽게 핵분열을 지속할 수 있어 에너지 생산과 핵무기에 유용합니다. 원소가 핵분열성이라는 것은 느리게 움직이는 중성자를 포착한 후에도 핵 연쇄 반응을 유지할 수 있음을 의미합니다.
U-235는 핵분열이 쉽기 때문에 원자로에 사용되는 가장 일반적인 연료입니다. 이는 U-235 원자가 핵분열을 통해 분열할 때 엄청난 양의 에너지를 방출하며 그 중 대부분이 열의 형태라는 것을 의미합니다. 이는 액체 물을 증기로 변환하여 증기 터빈을 구동하는 데 사용되며, 이는 방사성 물질이 에너지를 생산하는 방법입니다. 물론 그보다 더 복잡하지만 일반적으로 원자로는 이렇게 작동합니다. 핵분열성 연료인 U-235를 사용하고 그 열을 터빈을 통해 전기로 변환합니다.
U-235 및 전기 생산에 사용
U-235는 원자로에 이상적이지만 가장 풍부한 형태의 우라늄은 아닙니다. 이러한 구별은 U-238에 속하는데, 이는 원자력 발전에 적합하지 않습니다. 이는 원자핵에 있는 양성자와 중성자의 개수가 짝수이기 때문에 U-235보다 핵분열성이 낮지만 고에너지 중성자를 통해서만 핵분열성이 있기 때문입니다. 이러한 이유로 U-238은 원자로에 적합한 연료가 아닙니다. U-235는 최선의 선택이지만, 채굴하고 정제하는 것은 어렵습니다.
U-235는 핵에 있는 양성자와 중성자의 총 개수가 각각 92개와 143개에 달해 붙여진 이름입니다. 이 원소에는 반감기가 있는데, 이는 방사능을 절반으로 줄이는 데 필요한 시간인 7억 4백만 년을 의미합니다. U-235를 연료원으로 사용하려면 먼저 채굴하고 농축해야 합니다. U-235의 농도는 너무 낮아 연료봉으로 제조되는 사용 가능한 핵분열성 연료를 생산하려면 농축이 필요합니다. 이것은 산화우라늄 알갱이로 채워진 금속 튜브입니다. 이것은 원자로에서 열을 발생시켜 에너지를 생산하는 데 사용됩니다.
핵연료는 한동안 지속되지만 시간이 지남에 따라 성능이 저하되며 미국의 원자력 발전소는 연료를 재처리하거나 재사용하지 않습니다. 새로 획득한 U-235를 채굴하고 정제하는 것이 비용이 덜 들고, 사용후핵연료를 활용하는 다른 방법도 있습니다. 대신, 사용후핵연료는 방사능 수준에 따라 여러 단계를 거쳐 복잡한 폐기 과정을 거쳐 저장되며, 사용후핵연료는 원래 에너지의 약 90%를 함유하고 있기 때문에 안전성을 보장하기 위해 수년간의 관리 및 유지관리가 필요합니다.
