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*[[4세대 원자로]] |
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==== 사용에 따른 분류 ==== |
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*전기생산 |
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**발전소 |
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*추진 동력원 |
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**[[원자력 선박 추진]] |
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**여러가지로 제안된 원자력을 사용한 로켓 추진 |
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*위 방법을 제외한 열 에너지의 이용 |
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**해수의 탈염(해수담수화 공장) |
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**가정이나 기업체에 필요한 열을 공급 |
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**수소 경제에 필요한 수소 생산 |
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*핵변환 물질을 만들어내는 원자로 |
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**[[증식로]]. 고속 증식로는 농축 우라늄에 의한 연쇄반응과 함께, U-238을 Pu-239로 변환한것을 다시 연쇄반응에 사용하는 원자로이다. 이건 고속증식로가 가동하게 되면, 더 많은 연료가 생성되고, 원자로는 만들어진 연료를 사용한다는 것으로, 이 원자로가 가동하면, 천연 우라늄이나, 심지어 U-235가 없는 우라늄을 연료로 사용할수 있게 된다.<ref name="Gen4">[http://www.gen-4.org/PDFs/GenIVRoadmap.pdf A Technology Roadmap for Generation IV Neuclear Energy Systems, a PDF Files], see "Fuel Cycles and Sustainability"</ref> <br> |
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**연기 감지기에 사용되는 [[아메리슘]]이나, 의료용 목적으로 사용되는 [[코발트|Co]]-60, [[몰리브덴|Mo]]-99같은 방사성 동위원소를 만들어낸다. |
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**핵무기에 쓰이는 무기급 플루토늄을 만들어낸다. |
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*중성자 방사화학 분석이나, 칼륨-아르곤 연대측정에 필요한 중성자선과 양전자선의 선원을 공급해 준다. |
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*연구용 원자로: 이 원자로들은 연구와 실습, 물질 실험, 그리고 의료와 산업분야에 사용되는 방사성 동위원소를 만들어낸다. 이것들은 선박에 사용되는 원자로보다 출력이 낮으며, 많은 대학교 교정이나 연구소에 설치되어 있다. 연구용 원자로는 56개 나라, 280개가 현재 운영되고 있다. <ref>[http://www.world-nuclear.org/info/inf61.htm World Nuclear Association Information Brief -Research Reactors]</ref> |
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2007년 10월 25일 (목) 09:27 판
원자로는 연쇄 반응을 일으켜, 적절한 수준까지 조작하여 에너지를 얻는 장치이다.
원자로는 대부분 전기에너지를 만드는데 사용된다. 또한 몇몇 선박에서 동력으로 사용된다. 원자로를 이용하여 선박의 동력을 공급하거나, 혹은 전기 에너지를 만들기 위해서 원자로에서 생성되는 열에너지를 가지고 증기 터빈을 돌리는 방법이 주로 사용된다.
어떻게 동작하는가
이 목록은 대부분의 원자력 발전소에서 쓰이고 있는 주요 구성요소들이다.
- 중성자 감속재
- 냉각수
- 제어봉
- 원자로 압력용기
- 비상 노심 냉각 시스템(ECCS, Emergency Core Cooling System)
- 원자로 보호 시스템
- 증기 발생기 (비등수형 원자로에는 없다)
- 격납 건물
- 보일러 급수 펌프
- 증기 터빈
- 발전기
- 복수기
일반적인 화력 발전소는 가스나, 석탄, 혹은 석유를 가지고 열을 공급한다. 원자력 발전소의 경우, 원자로안에서 발생하는 핵분열에서 열을 얻는다. 비교적 큰 분열하기 쉬운 원자핵(보통 우라늄 235나, 플루토늄 239)을 중성자와 부딪치면, 분열 생성물로, 두개 혹은 여러 작은 원자들이 생성되고, 에너지와 중성자가 나오는걸 가리켜 핵분열이라고 한다. 핵분열에서 발생한 중성자는 다른 핵분얼의 방아쇠가 되는데, 이렇게 핵분열이 연쇄적으로 일어나는걸, 연쇄 반응이라고 한다. 원자력 발전소는 이 연쇄반응을 조절해, 여기서 나오는 열로 물을 끓여, 터빈을 돌려 전기를 만든다. 만약 원자로가 이 연쇄반응을 제어하지 못한다면, 핵폭발이 일어날 가능성이 높아지게 된다(만약 원자로가 제어범위를 넘어가게 되면, 원자로 노심이 핵폭발로 인해 변형되어, 노심용융 사고가 일어나게 된다). 대부분의 원자로에서는 천연 우라늄(99.2745%는 우라늄 238, 0.72%는 우라늄 235, 0.0055%는 우라늄 234)보다 우라늄 235를 좀더 농축한 농축 우라늄(2~4%)을 연료로 쓴다.
원자로 종류
핵반응에 대한 분류
- 핵분열. 대부분의 원자로, 특히 모든 상업용 원자로들은 핵분열에 기초하고 있다. 핵분열 원자로는 대부분 우라늄을 연료로 쓰지만, 몇몇 실험용 원자로에서는 토륨을 사용하기도 한다. 핵분열을 사용하는 원자로는 2가지 분류로 나눌수 있으며, 이 분류는 연쇄반응에 사용되는 중성자의 에너지에 대해서 구분되어 진다:
- 열 중성자 반응로는 느리거나 혹은 에너지가 적은 열 중성자를 사용한다. 대부분의 원자력 발전소들은 이 유형을 사용하고 있다. 여기에는 중성자의 운동에너지를 상쇄시켜 열 중성자로 만드는 여러 중성자 감속재가 사용된다. 열 중성자는 우라늄 235와 잘 분열하며, 반대로 에너지가 높은 중성자는 우라늄 238과 잘 분열한다. 감속재와 동시에, 열 중성자 반응로는 분열가능한 연료, 격납 건물, 압력용기, 차폐물, 그리고 원자로의 상태를 감시하고 제어할수 있는 기계가 필요하다.
- 고속 중성자 반응로는 열 중성자 반응로와 다르게, 에너지가 높은 빠른 중성자를 사용한다. 그래서, 이 반응로에는 중성자의 에너지를 떨어뜨릴 감속재가 불필요하다. 고속 중성자 반응로는 열 중성자보다 우라늄 235에 대한 반응 효율이 낮기 때문에, 농축 우라늄(그리고/혹은 플루토늄 239를 농축하기도 한다)을 필요로 한다. 일반적으로 고속 반응로는 폐기물이 낮고, 그리고 대부분 반감기가 낮은 폐기물을 생성한다. 그러나, 고속 반응로를 건설하고 운영하는데 열 중성자 반응로보다 더 많은 비용이 소모된다. 전체적으로, 고속 반응로는 열 중성자 반응로하고 많은 면이 같지 않다. 고속 반응로의 표준은 지금도 계속 진행중에 있다.
- 핵융합. 핵융합은 아직까지, 실험중인 기술이며, 수소를 연료로 한다. 아직은 발전용도에 쓰기엔 부족하고, Farnsworth-Hirsch fusor은 중성자 선을 만드는데 사용하고 있다.
- 방사성 붕괴. 여기에는 원자력 전지와, 방사성동위원소 열전기 발생기(radioisotope thermoelectric generator, RTG)가 여기에 포함된다. 이것들은 방사성 동위원소가 붕괴되면서 나오는 열을 사용하는 것으로, 미래에 에너지를 생산할 가장 좋은 방법으로 여겨지고 있다.
감속재에 대한 분류
이 분류는 열 중성자 반응로에 해당한다.
- 흑연 감속 반응로
- 물을 중성자 감속재로 사용하는 반응로
- 경원소 감속 원자로. 이들 원자로는 리튬이나 베릴륨을 감속재로 사용한다.
- 용융염 원자로는 리튬이나 베릴륨같은 가벼운 원소를 사용하며, 이 원자로는 냉각/연료 계통의 용윰염을 LiF와 BeF2로 구성되어 있다.
- 액화 금속 냉각 반응로는 납과 비스무트를 혼합한 것을 냉각제로 쓰고 있으며, BeO가 감속재로 쓰이고 있다.
냉각제에 따른 분류
- 물로 냉각하는 원자로
- 액화 금속 냉각 원자로. 물이 감속재로 쓰여온 이후, 물은 고속 반응로에서 쓸수 없게 되었다. 발전소에서 사용되는 고속 반응로들은 냉각제로 액화 금속을 채용하고 있다. 그렇지만 연구는 계속 가스 냉각 원자로 쪽에 지속되고 있다.
- 가스 냉각 원자로는 비활성 가스를 냉각제로 쓰는것으로, 보통 헬륨, 질소 그리고 이산화탄소를 사용한다. 몇몇 원자로에서는 가스가 충분히 뜨거워, 가스 터빈을 직접적으로 돌리고 있다. 예전의 가스 냉각형 원자로에서는 가스가 열 교환기를 거쳐, 증기 터빈을 돌리도록 되어 있었다.
- 용융염 원자로는 용융염을 가지고 냉각시키는데, 대표적으로 공융성이 LiF와 BeF2같은 같이 녹는 불화염을 사용한다. 보통의 MSR의 냉각재는 녹지 않는 용융염과 같이 사용된다.
세대순에 대한 분류
사용에 따른 분류
- 전기생산
- 발전소
- 추진 동력원
- 원자력 선박 추진
- 여러가지로 제안된 원자력을 사용한 로켓 추진
- 위 방법을 제외한 열 에너지의 이용
- 해수의 탈염(해수담수화 공장)
- 가정이나 기업체에 필요한 열을 공급
- 수소 경제에 필요한 수소 생산
- 핵변환 물질을 만들어내는 원자로
- 중성자 방사화학 분석이나, 칼륨-아르곤 연대측정에 필요한 중성자선과 양전자선의 선원을 공급해 준다.
- 연구용 원자로: 이 원자로들은 연구와 실습, 물질 실험, 그리고 의료와 산업분야에 사용되는 방사성 동위원소를 만들어낸다. 이것들은 선박에 사용되는 원자로보다 출력이 낮으며, 많은 대학교 교정이나 연구소에 설치되어 있다. 연구용 원자로는 56개 나라, 280개가 현재 운영되고 있다. [2]
- ↑ A Technology Roadmap for Generation IV Neuclear Energy Systems, a PDF Files, see "Fuel Cycles and Sustainability"
- ↑ World Nuclear Association Information Brief -Research Reactors