원자력 핵발전 원리에 대해 궁금합니다.

Question

원자력 발전의 등장으로 일반 석탄발전의 한계가 많이 커버되었으나 그 위험성은 아직도 널리알려져 있습니다.

원자력발전의 원리가 정확히 어떻게 될까요? 핵융합 이외에 좀더 자세히 알고싶습니다.

Answer 1

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

원자력 발전소에서는 핵분열 원리를 이용하여 전기를 생산합니다. 핵분열은 원자핵을 가열시켜 분열시키는 과정으로, 이 과정에서 방출되는 열에 의해 수증기를 만들어 터빈을 구동시켜 발전기를 회전시켜 전기를 생산합니다.

핵분열 원리는 중성자와 핵분열 생성물로 나눌 수 있습니다. 핵분열 생성물은 핵분열로 인해 생성되는 물질을 의미합니다.

Answer 2

안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.

모든 물질의 바탕이 되는 원자들은 안정해지려는 경향이 있습니다. 우라늄이나 플루토늄처럼 핵이 무거운 원자는 안정해지기 위해 자연상태에서 계속 분열합니다.

원자핵이 분열할 때는 2~3개의 중성자와 많은 에너지가 나오며, 이 중성자가 또 다른 원자핵과 부딪혀 다른 중성자와 에너지를 쏟아냅니다. 이러 핵분열이 반복되면서 거대한 에너지가 발생하는데, 이것이 원자력입니다.

원자로에는 핵연료뿐 아니라 물이나 흑연이 같이 들어갑니다.

범퍼카처럼 좌충우돌하는 중성자 속도가 너무 빠르면 핵분열이 일어나기 어렵기 때문에 감속재를 넣어

중성자 속도를 늦춰줍니다.

이 원자로에서 핵분열이 일어나면 연료봉 온도가 섭씨 2000도 이상으로 달아오르고, 이 열 때문에 원자로와 증기발생기를 연결하는

내부 관 온도가 320도까지 오릅니다.

이때, 뜨거워진 관이 증기발생기 안에 있는 물을 데우면 증기가 터빈을 돌리면서 발전합니다.

이렇게 발전소에서 터빈을 돌리고 나온 증기는 찬 바닷물을 초당 50~60t씩 이용해 냉각시킨 후 물로 만들어 다시 증기발생기로 돌려보냅니다.

냉각에 사용한 바닷물은 들어오기 전보다 온도가 약 7℃ 올라가지만, 방사성 물질이 없기 때문에 다시 바다로 배출합니다.

​원자력발전소는 크게 원자로, 가압기, 증기발생기, 터빈/발전기 그리고 복수기 등으로 구성되며,

이 외에도 원자로가 안전하게 운전될 수 있도록 여러가지 제어장치와 안전설비가 있습니다.

원자로 : 원자력연료에서 핵분열을 통해 발생된 열로 냉각수를 약 320℃의 고온으로 데움

가압기 : 원자로의 냉각수가 끓지 않도록 약 150기압의 고압상태를 유지 시켜줌

증기발생기 : 고온/고압의 물을 열교환 방식을 통해 증기를 생산함

터빈/발전기 : 증기에너지를 전기에너지로 변환시킴

복수기 : 전기를 만들고 난 증기를 바닷물 또는 강물로 열교환 방식에 의해 냉각시켜 증기발생기로 다시 보냄

원자력발전소에는 약 200여개의 각기 다른 기능을 가진 계통이 있습니다.

여기에는 사고를 사전에 예방하는 목적과 사고가 나면 완화시켜주는 목적의 계통이 포함되어 있습니다.

그리고 방사선과 방사능물질이 격납건물 외부로 방출되지 않도록 설계되어 있어 안정성을 확보하고 있습니다.

Answer 3

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.원자력 발전은 원자핵 분열에 의해 발생하는 열을 이용하여 전기를 생산하는 과정입니다.

원자핵은 양성자와 중성자로 이루어져 있으며, 양성자는 핵 내부에 존재하는 전자들의 전기적인 반발력에 의해 함께 묶여 있습니다. 원자핵 분열은 핵 내부의 양성자와 중성자의 구성이 바뀌는 과정을 의미합니다. 이 과정에서 핵 분열 생성물로서 열과 중성자, 그리고 방사선이 발생합니다.