우라늄정광

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1. 개요
2. 생산 과정
3. 추가 처리 과정
- 3.1. 핵연료 생산
- 3.2. 우라늄 농축
4. 방사능 및 안전성
5. 국제적 통제 및 니제르 의혹
참조

1. 개요

우라늄정광은 우라늄 원광을 가공하여 얻는 농축된 형태의 물질로, 주로 삼산화 우라늄(U3O8)을 포함하며, 핵연료 생산 및 우라늄 농축 과정에 사용된다. 우라늄 원광을 분쇄, 침출하여 옐로케이크를 생산하며, 이는 전통적인 채굴 방식과 원위치 침출 방식을 통해 이루어진다. 옐로케이크는 원자로용 연료 제조의 기초가 되며, 우라늄-235를 농축하여 저농축 우라늄, 고농축 우라늄, 핵무기 등급 우라늄을 생산하는 데 사용된다. 우라늄정광은 방사능이 낮고, 핵무기 제작 관련 위험성이 존재하며, 국제적인 통제를 받는다.

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우라늄정광 - [화학 물질]에 관한 문서
개요
옐로케이크
다른 이름	우라니아
식별 정보
CAS 등록번호	1344-57-6
UNII	L70487KUZO
속성
화학식	변수, 텍스트 참조
몰 질량	해당 없음
외관	옐로케이크: 노란색 과립 UO2 등: 갈색 또는 검은색 과립
용해도	해당 없음
녹는점	2880 °C
끓는점	해당 없음

2. 생산 과정

우라늄 정광(옐로케이크)은 우라늄 원광을 채굴하여 얻는 가루 형태의 우라늄 화합물이다. 옐로케이크는 전통적인 채굴 방식이나 원위치 침출 방식으로 생산된다. 현대 제련소에서 생산되는 옐로케이크는 대부분 갈색 또는 검은색을 띠는데, 이는 초기 채굴 작업에서 생산된 농축물의 색상과 질감에서 유래된 이름이다.^[1]^[2] 옐로케이크는 우라늄 원광을 채굴하는 모든 국가에서 생산된다.^[4]

2. 1. 전통적인 채굴 방식

우라늄 원광은 전통적인 채굴 방식으로 추출되었으며, 이는 많은 광산에서 여전히 사용되고 있다. 먼저 분쇄기와 분쇄기를 통과시켜 미세한 가루로 분쇄하여 "펄프" 상태의 광석을 생성한다. 이 펄프는 농축된 산, 알칼리, 또는 과산화물 용액으로 추가 처리하여 우라늄을 침출한다.^[4]

2. 2. 원위치 침출 방식

원위치 침출 방식은 지반을 교란하지 않고 용액을 우라늄 매장층으로 펌핑하여 우라늄을 추출하는 방식이다. 현재 이 방식은 옐로케이크 생산량의 거의 절반을 차지한다.^[4]

2. 3. 옐로케이크의 성분

초기에는 옐로케이크에서 형성된 화합물이 확인되지 않았다. 1970년 미국 광산국은 옐로케이크를 제련 과정에서 형성된 최종 침전물로 지칭하며 이수소우라늄암모늄 또는 이수소우라늄나트륨으로 간주했다. 그 조성은 다양했으며 침출제와 후속 침전 조건에 따라 달랐다. 옐로케이크에서 확인된 화합물에는 수산화 우라닐, 황산 우라닐, 파라우라늄산 나트륨, 과산화 우라닐, 그리고 다양한 우라늄 산화물이 있다. 현대 옐로케이크는 일반적으로 중량 기준으로 70%에서 90%의 삼산화 우라늄 (U₃O₈)을 함유한다. 이산화 우라늄 (UO₂) 및 삼산화 우라늄 (UO₃)과 같은 다른 산화물도 존재한다.^[3]

3. 추가 처리 과정

정제된 우라늄은 우라늄 농축을 통해 동위원소 우라늄-235로 농축될 수 있다. 이 과정에서 우라늄 산화물은 플루오린과 결합하여 육불화 우라늄(UF₆) 가스를 형성한다. 다음으로, 가스는 기체 확산법 또는 가스 원심 분리법 과정을 통해 동위원소 분리를 거친다. 이를 통해 저농축 우라늄(최대 20%의 U-235), 고농축 우라늄(20% 이상의 U-235, 해군 군함 및 잠수함의 소형 원자로에 사용), 무기 등급 우라늄(일반적으로 90% 이상의 U-235, 핵무기에 사용)을 생산할 수 있다.

3. 1. 핵연료 생산

우라늄 정광은 원자로용 우라늄 연료를 만드는 데 사용되며, 압력 가압 경수로 및 비농축 우라늄을 사용하는 기타 시스템의 연료봉에 사용하기 위해 정제된 UO₂로 용융된다.

정제된 우라늄은 우라늄 농축을 통해 동위원소 우라늄-235로 농축될 수 있다. 이 과정에서 우라늄 산화물은 플루오린과 결합하여 육불화 우라늄(UF₆) 가스를 형성한다. 다음으로, 가스는 기체 확산법 또는 가스 원심 분리법 과정을 통해 동위원소 분리를 거친다. 이를 통해 대부분의 대형 민간 전력 원자로에 사용하기에 적합한 최대 20%의 우라늄-235를 포함하는 저농축 우라늄을 생산할 수 있다. 추가 가공을 통해 20% 이상의 우라늄-235를 함유한 고농축 우라늄을 얻을 수 있으며, 이는 해군 군함 및 잠수함의 동력원으로 사용되는 소형 원자로에 적합하다. 추가 가공을 통해 일반적으로 90% 이상의 우라늄-235 수준을 가진 무기 등급 우라늄을 얻을 수 있으며, 이는 핵무기에 적합하다.

3. 2. 우라늄 농축

우라늄 정광은 원자로용 우라늄 연료를 준비하는 데 사용되며, 정제된 우라늄은 우라늄 농축 과정을 거쳐 동위원소 U-235의 함량을 높인다. 이 과정에서 우라늄 산화물은 플루오린과 결합하여 육불화 우라늄(UF₆) 가스를 만든다. 이후 기체 확산법 또는 가스 원심 분리법을 통해 동위원소 분리를 수행한다. 이를 통해 대부분의 대형 민간 전력 원자로에서 사용하기 적합한, U-235 함량이 최대 20%인 저농축 우라늄을 생산한다. 추가 가공을 통해 U-235 함량이 20% 이상인 고농축 우라늄을 얻을 수 있으며, 이는 해군 군함 및 잠수함의 동력원으로 사용되는 소형 원자로에 적합하다. 더 나아가, 추가 가공을 통해 U-235 함량이 일반적으로 90% 이상인 무기 등급 우라늄을 얻을 수 있으며, 이는 핵무기에 사용된다.

4. 방사능 및 안전성

우라늄정광의 우라늄은 거의 전적으로(99% 이상) U-238이며 방사능이 매우 낮다. U-238은 반감기가 이며 느린 속도로 방사선을 방출한다. 이 단계의 가공은 더 방사성인 U-235가 농축되기 전이므로, 정의상 이 단계의 우라늄은 지하에 있었을 때 자연 상태와 동일한 방사능을 가지며, 이는 동위원소의 비율이 원래의 상대적 농도에 있기 때문이다. 옐로우케이크는 흡입 시 유해하다.^[5]

우라늄 정광 중의 우라늄은 99% 이상이 우라늄-238이며, 방사성은 매우 낮다. 우라늄-238은 40억 년 이상으로 매우 긴 반감기를 가지므로, 방사선을 방출하는 속도가 매우 느리다. 이 단계는 보다 방사성이 강한 우라늄-235가 농축되기 전이므로, 이 단계의 우라늄은 동위원소 비율이 천연과 변함없고, 천연과 같은 방사성을 가진다. 방사성 반감기가 긴 데도 불구하고, 생물학적 반감기는 짧다. 우라늄 정광은 천연 칼륨 함유 광물이나 콜맨 랜턴에 사용되는 산화 토륨의 가스 맨틀과 같은 정도로 무해하다.^[8]

우라늄 정광의 위험성은, 핵무기 제작 능력을 가지고 있지만 핵분열 재료를 가지지 않아 핵무기 제작의 의사가 있는 국가에 의한 취득과 관련된다. 이것의 가장 유명한 예는 니제르 의혹이다.

5. 국제적 통제 및 니제르 의혹

핵무기 제작 능력은 있지만 핵분열 물질을 가지지 못해 핵무기 제작 의사가 있는 국가가 우라늄 정광을 획득하려 할 수 있다는 점이 위험성으로 지적된다. 니제르 의혹이 대표적인 사례이다.^[8]

참조

_[1] 웹사이트 Yellowcake https://www.nrc.gov/[...] 2014-04-12
_[2] 웹사이트 Yellowcake https://www.euronucl[...] 2017-07-10
_[3] 논문 Characterizing and Classifying Uranium Yellow Cakes: A Background
_[4] 간행물 "Uranium leaching: How yellowcake is made" https://www.iaea.org[...] IAEA Bulletin (Online) 2018
_[5] 서적 Health Effects https://www.ncbi.nlm[...] Agency for Toxic Substances and Disease Registry (US) 2021-08-22
_[6] 웹사이트 Yellowcake http://www.nrc.gov/r[...] 2014-04-12
_[7] 논문 Characterizing and Classifying Uranium Yellow Cakes: A Background
_[8] 서적 The nuclear imperative : a critical look at the approaching energy crisis : (more physics for presidents) Springer 2010

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