[방사성 물질의 원리 Ⅲ] 원자력 발전소에서 우라늄 원료는 어떻게 사용되는가?

원자력 발전은 우라늄(U)을 주성분으로 하는 핵연료를 사용해 발전합니다.
핵연료에서 나오는 에너지로 물을 끓여서 수증기를 발생시키고,
그 수증기로 터빈을 회전시켜 발전하는 것입니다.

우라늄은 밀도가 높은 은색 고체 금속이며, 지구 지각에는 은이나 주석보다 풍부한 원소입니다.
우라늄의 원자번호는 92로 천연에서 얻는 원소 중 원자번호가 가장 큰 원소이기도 합니다.

원자력 발전의 핵연료로 사용하는 것은
우라늄235와 우라늄238이 있습니다.

우라늄235는 우라늄 동위원소들 중에서 유일하게 핵분열이 가능합니다.
하지만 천연 우라늄에는
우라늄238 (238U)이 99.27%, 우라늄235 (235U)가 0.72% 비율로 존재합니다.
이렇듯 천연에 존재하는 우라늄235 비율이 너무 낮기 때문에
원심분리법이나 기체확산법을 활용한 농축 과정을 거쳐
비율을 2~5%까지 높여주어야 합니다.
농축된 우라늄235는 경수로 원자로에서 사용됩니다.

그리고 우라늄238은 그 자체가 핵분열을 하지는 않지만
원자로에서의 핵반응을 통해 풀루토늄239로 변화시켜 줍니다.
플루토늄239는 우라늄235와 마찬가지로 핵분열이 가능합니다.
천연 우라늄238은 연쇄 핵분열에 필요한 열중성자를 위하여
중수로 원자로에서 사용됩니다.

참고로 우리나라의 원자력 발전소는
월성 단 한곳만 중수로를 사용하며,
고리.영광.울진은 경수로를 사용합니다.

우라늄235 원자핵에 중성자 1개가 충돌하면
두개의 작은 핵으로 분열되고, 줄어든 질량만큼 에너지를 방출합니다.
이 때 2~3개의 중성자가 함께 방출되는데
이는 또 다른 우라늄235 원자핵에 충돌하여
연속적인 핵분열 반응을 일으키게 됩니다.
이렇듯 우라늄의 연쇄 핵분열 시 발생되는 에너지를 이용한 것이
원자력 발전소입니다.

하지만 우라늄이 핵분열을 하면서 여러가지 방사성 동위원소를 만들게 되고, 이 방사성 동위원소가 붕괴되면서 방사선을 방출하게 됩니다.

#방사성물질, #방사선, #방사능, #핵분열