원자력 발전소에서의 핵분열 반응의 과정은 무엇인가요?
핵분열 반응은 원자핵이 분열하여 에너지를 방출하는 과정인데, 원자력 발전소에서 이 과정이 어떻게 일어나는지 자세히 설명해 주세요.
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.
핵분열을 일으키기 위해서는 외부에서 에너지를 공급하여 원자핵을 불안정한 에너지 상태로 만들어야 한다. 원자는 원자핵 주변에 전자구름이 있으므로 전기적으로 중성인 중성자만이 원자핵에 도달할 수 있다. 중성자가 핵분열 용이물질의 원자핵에 흡수되면 아주 짧은 시간동안 에너지 상태가 매우 불안정한 복합핵(Compound Nucleus)이 형성되었다가 즉시 두 개의 다른 원자로 분열된다
우라늄 235는 중성자가 충돌하면 핵분열이 활발하게 일어나지만, 우라늄 238은 핵분열은 일으키지 않고 오히려 중성자를 흡수하는 특성이 있는데, 땅 속에서 캐내는 천연 우라늄 중에서 우라늄 235는 1%에도 미치지 못하고 나머지는 대부분 우라늄 238 입니다.
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
원자력 발전소에서의 핵분열 반응은 핵분열 생성물질(주로 우라늄-235)을 중성자로 가속하여 분열시키는 과정입니다. 이 과정에서 우라늄-235 핵은 중성자를 흡수하여 분열하면서 많은 양의 에너지를 방출합니다.
우선, 중성자가 핵분열 생성물질에 충돌하여 분열을 일으킵니다. 분열하는 과정에서는 많은 양의 에너지와 중성자가 방출됩니다. 이 중성자는 다시 핵분열 생성물질과 충돌하여 추가적인 핵분열을 유발할 수 있습니다. 이러한 과정을 연쇄 반응이라고 합니다.
핵분열 반응에서 방출되는 에너지는 열 에너지로 변환되어 증기를 생산하고, 이 증기는 터빈을 회전시키고 발전기를 작동시켜 전기를 생산합니다.
반응 제어 기능을 갖춘 제어봉을 이용하여 반응을 제어하고, 안전장치를 갖춘 원자로 내부에서 발생하는 열을 제어하여 핵분열 반응이 폭발적으로 일어나는 것을 방지합니다. 이러한 안전장치를 통해 핵분열 발전소는 안전하게 운영됩니다.