핵연료
핵연료(격년 료, 사카에: nuclear fuel)[1]이란, 핵분열 연쇄 반응을 일으켜, 에너지를 발생시키기 위해서 상당 기간 원자로에 넣어 사용하는 것을 말하는[2].우라늄 233 (233 U, 우라늄 235 (35 U), 플루토늄 239 (239 Pu)등을 가리키는[3].
목차
개요
천연 우라늄, 농축우라늄[4]등 핵분열 연쇄 반응을 일으켜, 에너지를 발생시키기 위해서 상당 기간 원자로에 넣어 사용하는 것을 핵연료(nuclear fuel)라고 부른다.
게다가 원자력 기본법 제3조에 대해 「우라늄, 도륨등 원자핵 분열의 과정에 대해 고에너지를 방출하는 물질」로서 핵연료 물질(nuclear fuel material)로 불리는 말이 정의되고 있어 천연 우라늄, 농축우라늄, 열화 우라늄[5], 플루토늄 및 이러한 화합물 및 이것들을 포함한 물질로 원자로에 대해 연료로서 사용할 수 있는 것을 말하는[6].우라늄 238및 도륨은 중성자 조사에 의해서 각각 핵분열성의 239 Pu와 233 U에 변화하므로 연료친물질로 불리지만, 광의에는 핵연료 물질로서 포함되는[7].
저농축우라늄 핵연료의 제작 과정
우라늄은 지구상의 지각이나 해수중에 넓게 분포하고 있어 토양에는 평균 2~4 ppm(주된 분포 범위는 0.7~11 ppm로 농지에서는 인산계의 화학 비료의 사용에 의해 최대 15 ppm), 해수중에는 0.003 ppm 포함된다고 추정되고 있어 그 총량은 은의 40배, 주석과 동량에 미친다.그 안, 확인 채취가능 매장량은 547만 톤으로 채취가능 연수는 60~80년으로 추정되고 있다.(에너지청의 시산 2007년 시점에서 킬로당 130 US달러의 채굴 코스트로. 2007년도의 우라늄의 세계 수요는 약 7만 톤, 2010년도의 우라늄의 평균 스팟가격은 44 달러였다.) 광상이 있는 주된 자원국은 오스트레일리아, 카자흐스탄, 러시아, 남아프리카, 캐나다, 미국, 나미비아, 브라질 등 석유와 같은 극단적인 자원의 편재성은 없는[8].
- 채광(Mining)
- 우라늄 광상은 노천 및 지중에 있어 다른 광물과 같게 채굴된다.용매 유출법(ISL: In-situ leaching)으로 불리는 채굴 방법도 실용화되고 있다.
- 정련(Milling)
- 채굴된 우라늄 광석은 조제련공장에서 분쇄・선광 되어 우라늄 함유율을 60~75% 정도까지 높일 수 있다.이 분체를 우라늄 정광(조제 우라늄)이라고 불러 8 산화3 우라늄(U3O8)의 함유량으로 가격결정 된다.조제 우라늄은 드럼통에 채울 수 있어 전환 공장에 출시된다.
- 우라늄의 전환(Uranium conversion)
- 조제 우라늄은 전환 공장에서 처리되어 6 훅화 우라늄(UF6)이 된다.이것은 48 Y실린더(직경 약 1.4 m, 길이 약 3.8 m의 강철 제품 원통 용기)로 불리는 수송 용기에 봉입되어 농축 공장에 출시된다.
- 농축(Enrichment)
- 6 훅화 우라늄(UF6)은 농축 공장에서 우라늄 235의 비율(농축도)을 0.7%로부터 3~4%(핵연료 그레이드)에 높일 수 있다.(핵병기 그레이드로는90%까지 농축된다.) 농축 공정으로는 대부분(96%)은 부산물의 열화 우라늄이 된다.미국에는 47만 톤의 열화 우라늄이 있는[9].
- 연료 집합체에의 가공(Fabrication)
- 핵연료 그레이드의 6 훅화 우라늄(UF6)은 연료 가공 공장에서 이산화 우라늄(UO2)의 연료 pellet에 가공되어 피복을 베풀어져서 연료봉이 된다.
각주
- ^원자 연료라고도 불린다.
- ^핵분열성 물질과 동의어에 사용되기도 한다.
용어 사전(1974) p. 50 「핵연료」 - ^현재의 기술로는 아직 실용화되지는 않지만, 가벼운 핵종을 고속으로 충돌시키는 것으로 융합시키는 것으로 그 질량에네지를 이용하는 핵융합도 미래의 에너지원으로서 기대되고 있어 그 연료인 이중 수소 및 삼중수소도 광의의 핵연료라고 말할 수 있다.
- ^우라늄은 우라늄 235의 함유량이나 그 출자에 의해 천연 우라늄, 농축우라늄, 열화 우라늄등으로 분류된다.순금속・합금・산화물등의 고체의 연료, 또는 수용액・용해 합금・훅화물등의 액체의 연료의 형태로 사용한다.
- ^사용이 끝난 핵연료에 대해 우라늄 235의 핵분열에 의해서 천연 우라늄보다 우라늄 235의 함유율이 줄어 든 우라늄을 감손 우라늄(depleted uranium)이라고 불러 열화 우라늄(depleted uranium)과는 같은 depleted uranium여도 일본어로서 그 역어를 구별하고 있다. 발전 공학(2003) p. 301, 용어 사전(1974) p. 117 「감손 우라늄」, p. 354 「열화 우라늄」
- ^자세한 것은 핵연료 물질, 핵원료 물질, 원자로 및 방사선의 정의에 관한 정령의 제일조에 대하고, 다음으로 내거는 물질이 핵연료 물질로 되어 있다.
- 우라늄 235의 우라늄 238에 대한 비율이 천연의 혼합율인 우라늄 및 그 화합물( =천연 우라늄)
- 우라늄 235의 우라늄 238에 대한 비율이 천연의 혼합율에 이르지 않는 우라늄 및 그 화합물(=열화 우라늄)
- 도륨 및 그 화합물
- 전 절 이름 위에 붙이는 칭호의 물질의 1또는 2이상을 포함한 물질로 원자로에 대해 연료로서 사용할 수 있는 것
- 우라늄 235의 우라늄 238에 대한 비율이 천연의 혼합율을 넘는 우라늄 및 그 화합물(=농축우라늄)
- 플루토늄 및 그 화합물
- 우라늄 233및 그 화합물
- 전 절 이름 위에 붙이는 칭호의 물질의 1또는 2이상을 포함한 물질
- ^용어 사전(1974) p. 51 「핵연료 물질」
- ^"우라늄 자원". 에너지청. 2011년 8월 22일 열람.
- ^"How much depleted uranium hexafluoride is stored in the United States?". 미국 에너지청. 2011년 8월 22일 열람.
참고 문헌
- 요시카와영화, 원본나오토, 야오건 「발전 공학」(회사) 전기 학회〈전기 학회 대학 강좌〉, 2003년.
- 「도해 원자력 용어 사전」원자력 용어 연구회편, 일간공업신문사, 1974년, 신판.
관련 항목
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