핵분열로
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1. 개요
핵분열은 우라늄-235와 같은 핵연료가 중성자를 흡수하여 핵분열 반응을 일으키는 현상이다. 이 과정에서 열에너지와 여러 개의 중성자가 방출되며, 연쇄 반응을 통해 에너지를 증폭시킬 수 있다. 핵분열을 지속적으로 제어하기 위해 제어봉을 사용하며, 생성된 열에너지를 이용하여 터빈을 돌려 전기를 생산한다.
핵분열로의 주요 구성 요소로는 핵연료, 냉각재, 감속재, 반사재, 제어봉, 원자로 압력 용기 등이 있으며, 냉각재 순환 펌프, 증기 발생기, 연료 교환 설비 등의 부속 장치와 원자로 격납 용기, 비상 노심 냉각 장치와 같은 보안 장치가 있다.
핵분열로는 경수로, 중수로, 흑연로 등 다양한 종류가 있으며, 경수로는 가압수형과 비등수형으로 나뉜다. 중수로는 중수를 감속재로 사용하며, 흑연로는 흑연을 감속재로 사용한다. 또한, 신형전환로, 초고온로, 고속증식로, 가속기 구동 미임계로, 용융염로 등 개발 중인 원자로도 있다.
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2. 기본 원리
우라늄-235와 같은 핵연료는 중성자를 흡수하여 핵분열 반응을 일으키며, 이때 열에너지와 함께 여러 개의 새로운 중성자가 방출된다.
원자로는 노심, 부속 장치, 보안 장치 등으로 구성된다. 노심은 핵분열 반응이 일어나는 핵심 부분이며, 부속 장치는 노심의 작동을 돕고, 보안 장치는 사고 발생 시 방사성 물질의 외부 확산을 막는 역할을 한다.
핵연료의 양과 중성자의 수가 많을수록 핵분열 반응이 일어날 확률이 높아진다. 따라서 핵연료가 일정량을 넘어서면 핵분열이 연쇄적으로 일어나 핵분열이 급격히 증가하는 연쇄 반응이 발생한다.
이러한 연쇄 반응을 제어하기 위해 중성자를 흡수하는 제어봉을 사용한다. 제어봉을 통해 중성자 수를 조절하여 핵분열 속도를 제어하고, 일정량의 핵분열이 지속적으로 일어나도록 한다.
이 지속적인 핵분열 과정에서 생성된 열에너지는 물을 기화시켜 터빈을 돌리는 데 사용된다.
3. 구성 요소
3. 1. 노심
3. 2. 부속 장치
3. 3. 보안 장치
4. 종류
원자로는 냉각재와 감속재의 종류에 따라 여러 유형으로 분류된다.
4. 1. 경수로
경수로에는 다음과 같은 노형이 있다.4. 2. 중수로
중수로형 원자로는 중수를 감속재로 사용하는 원자로이다. 대표적인 중수로는 다음과 같다.- 캐나다형 가압 중수로 (CANDU): 캐나다에서 개발한 중수로이다.
- 중수 감속 경수 냉각로 (SGHWR): 신형전환로는 이 원자로의 일종이다.
- 가스 냉각 중수로 (GCHWR 또는 HWGCR)
4. 3. 흑연로
흑연 감속로에는 다음과 같은 노형이 있다.- 가스 냉각로(GCR): 흑연 감속 이산화탄소 냉각로
- 개량형 가스 냉각로(AGR)
- 고온 가스 냉각로(HTGR)
- 흑연 감속 비등수 냉각형 원자로(RBMK)
- 흑연 감속 가압 경수 냉각형 원자로
4. 4. 개발 중인 원자로
- 신형전환로(ATR: Advanced Thermal Reactor): 중수로 감속 비등 경수 냉각로 (개발 중지)
- 초고온로: 가스터빈 복합 발전·공업 열원 원자로
- 고속증식로(FBR: Fast Breeder Reactor): 연소하지 않는 U-238|우라늄-238영어을 연소하는 Pu-239|플루토늄-239영어로 변환 (개발 중)
- 가속기 구동 미임계로(ADSR: Accelerator Driven Subcritical Reactor): 핵 폐기물을 연소 (개발 중)
- 용융염로: 우라늄의 3배인 토륨을 연소 가능
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