원자력발전원리

원자력 발전의 원리

원자력 발전은 물을 끓여서 증기를 만들고 이 증기로 터빈과 발전기를 돌려 전기를 생산한다는 점에서 일반 화력발전방식과 다를 바 없다. 하지만 화력 발전은 석유나 석탄을 태울 때 발생하는 열(에너지)로 물을 증기를 만들지만 원자력발전은 우라늄이 핵분열할 때 발생하는 열로 물을 증기로 만든다.

즉, 우라늄과 같은 무거운 원자핵은 외부에서 낮은 에너지를 가진 중성자(열중성자)를 흡수하면 서로 다른 두개의 새로운 원자핵으로 분열되는데 이를 핵분열이라 한다. 이때 2∼3개의 중성자와 막대한 에너지(열)를 내는데, 원자력 발전은 이때 발생한 열로 물을 증기로 바꾸어 발전을 하는 것이다

원자로의 중심부 노심이라 불리는 영역에 핵연료가 장전되어 있는데, 핵연료는 천연우라늄(U235 가 0.7%)에서 U235 함유율을 3~5% 정도로 높인 농축우라늄을 가공한 연료소자(Pellet)를 피복관 속에 넣은 후 양단을 용접하여 밀폐한 연료봉을 모아 다발(핵연료 집합체)로 만들어 사용하고 있다. 핵연료 내에 존재하는 U235는 열중성자와 충돌시 핵분열반응을 일으키며 이 때 많은 에너지와 2~3개의 에너지가 높은 새로운 중성자(고속중성자)를 방출하게 된다. 이들 새로운 고속중성자가 에너지를 잃는 과정을 거쳐 열중성가 된 후 또 다른 U235와 충돌 반응함으로써 원자로 내에서는 핵분열이 지속되는 연쇄반응을 일으나게 된다.

핵연료 내의 U235 핵분열에서 발생한 많은 에너지를 전달받은 원자로 냉각재(1차 냉각재)는 증기발생기로 보내져 2차냉각재(경수)를 가열하여 증기로 변환시키며 발생된 증기로 터빈을 구동시키고 이때 터빈축과 연결되어 있는 발전기에서 전기가 만들어진다. 원자력발전소는 화력발전소와는 달리 핵분열 시 방사성물질이 생성되므로 이들의 터빈 및 발전계통으로 이동을 방지하도록 원자로 노심을 냉각하는 1차냉각재와 터빈을 구동하는 2차냉각재는 구조적으로 분리된 것이 특징이다. 1차 및 2차 냉각재의 경계는 증기발생기이다.

우라늄 1g이 분열할 때 생기는 에너지는 석유 9드럼(1800ℓ), 석탄 약 3톤이 완전 연소할 때 생기는 에너지와 맞먹는데, 곧 우라늄은 석탄보다 약 300만 배의 열을 낸다고 할 수 있다.