[핵에너지] 핵에너지와 환경문제

소개글

[핵에너지] 핵에너지와 환경문제에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 들어가며

2. 원자구조와 원자핵

3. 핵공학에 관한 고찰

4. 핵연료에 관한 고찰

5. 핵에너지의 이용

6. 핵에너지 이용의 역사적 배경

7. 핵 폐기물

8. 핵 폐기물이 생태계에 미치는 영향과 오염 현황

9. 핵 폐기물 처분장의 문제

10. 핵분열 반응

11. 핵분열 파편

12. 핵분열 에너지

13. 결론

본문내용

선정과 건설은 미해결의 문제로서 남아있으며, 이를 해결하기 위해서는 방사성 폐기물의 안전한 처리를 위한 계획수립과 이에 따르는 제도적인 보장이 필요하다고 볼 것이다.
10. 핵분열 반응
핵분열 반응은 표적 핵이 중성자와 충돌하여 핵분열 파편이라 불리는 가벼운 두 개의 새로운 원자핵으로 분리되면서 여분의 중성자와 감마선을 방출함과 동시에 막대한 에너지를 방출하는 핵반응의 일종이다. 이를 핵반응 식으로 표현하면
이 된다. 위 식에서 Y와 P는 핵분열 파편을 나타내며 Z1, Z2, A1, A2, l 등 정수는 핵반응에서의 핵자수 보존법칙에 따라 다음 관계식을 만족한다.
중성자와 충돌하여 핵분열 반응을 일으킬 수 있는 핵종은 토륨, 우라늄, 플루토늄의 동위원소들에서 발견된다 예로서 Th232 , U233 , U235, Pu239 , pU241이 중성자와 충돌하여 핵분열 반응을 일으키는 핵종들인데 이중 U233, U235, Pu239, Pu241은 핵분열성 물질이라 하고, Th232 , U238은 핵원료성 물질이라 한다.
핵분열성 물질은 어떤 에너지를 갖는 중성자와 충돌하여도 핵분열 반응을 일으킬 수 있는 물질로서 원자로 내에서 일어나는 핵분열 반응은 주로 이 물질에 의한 것이다. 핵원료성 물질은 중성자를 흡수하여 핵분열성 물질로 전환되는 물질이다.
다음은 Th232 와 U238이 중성자를 흡수하여 U233과 Pu239로 전환되는 과정을 나타낸다.
핵원료성 물질도 핵분열성 물질과 마찬가지로 핵분열 반응을 일으킬 수 있다. 그러나 핵원료성 물질은 어떤 값 이상의 에너지를 갖는 중성자에 의해서만 핵분열 반응이 일어난다는 점에서 핵분열성 물질과는 분별된다
원자로는 핵분열 반응을 일으키기 위한 자치이기 때문에 원자로 속에는 핵분열을 일으킬 수 있는 물질이 장전되며 이를 핵연료라고 부른다. 핵연료는 일반적으로 위에서 언급한 핵분열성 물질과 핵원료성 물질로 이루어져 있다.
핵분열 반응은 중성자에 의해서만이 아니고 γ-선을 흡수하여 일으킬 수도 있으며 이를 광핵분열반응이라 한다. 또한 Cf-253과 같은 원자핵은 불안정하여 저절로 핵분열 반응을 일으키기도 하며 이를 자발적 핵분열 반응이라 한다. 핵분열반응이 일어나면 그 결과로서 핵분열파편이 발생하고 여분의 중성자가 나오며 또한 핵에너지가 생성된다.
11. 핵분열 파편
핵분열 파편은 핵연료물질이 핵분열 하면서 새로이 생성되는 원자핵 종을 말한다. 핵분열 파편은 원자핵이 삼분되는 핵분열을 제외하고는 거의 대부분의 경우 핵분열당 2개가 생성된다. 핵분열 파편은 일반적으로 중성자가 과다한 원자핵이므로 매우 불안정하여 일련의 베타붕괴를 거치면서 안정한 핵종으로 방사천이 한다. 예를 들어 핵분열시 핵분열 파편으로 생성된 Te-135는 다음과 같이 일련의 β붕괴를 거쳐 안정한 핵종인 Ba-135가 된다.
위의 예는 핵분열 파편이 방사 붕괴하면서 최종안정 핵종이 되기까지 방사성 핵종이 계속 생성되는 것을 보여주는데, 핵분열 파편과 이들 방사성핵종들을 합쳐 핵분열 생성물이라고 한다. 현재까지 발견된 핵분열 생성물은 300여종에 이르고 있다.
핵분열 생성물의 존재는 원자로 이용과 관련하여 두 가지 중요한 의미를 갖는다. 그 하나는 핵분열 생성물이 원자로 밖으로 누출될 경우 방사성 물질이 원자로 주변환경을 오염시키게 되는 결과를 야기할 수 있다는 점이다. 원자로 또는 원자력 발전소의 안전문제는 이들 핵분열 생성물이 환경에로 누출될지도 모르는 잠재적 위험성 때문에 원자로 이용이 중요 관심사로 등장한 것이다 그리고 사용후 연료의 자기 안전 처리 처분이 요구되는 것도 사용후 연료 속에 방사성물질인 핵분열 생성물이 함유되어 있기 때문이다.
다음으로 핵분열 생성물은 안정핵종으로 천이 하면서 β선 및 γ선을 방출한다. 이들 방사선들은 원자로 내에서 흡수되면서 열로 변환되는데 핵분열이 일어난 t초후 이들 β선과 γ선에 의한 열량은 각각 다음 식을 이용하면 계산이 가능하다.
핵분열생성물이 β선 또는 γ선의 형태로 방출하는 이들 열 때문에 원자로는 정지 후라도 이들 열로 인한 원자로 과열현상이 생겨날 수 있다. 그러므로 이를 막기 위해 잔 열 제거 계통과 같은 냉각장치를 추가로 설치해서 정지후 원자로의 과열상태를 방지하게 된다.
12. 핵분열 에너지
핵분열 반응이 일어나면 핵분열당 200 Mev 가량의 핵분열 에너지가 방출된다. 이 에너지는 어떤 형태로 방출되는가?
핵분열이 일어나면 두 개의 핵분열 파편이 생겨나고 γ선이 방출되며 평균 2개 이상의 에너지가 나온다. 뿐만 아니라 핵분열 파편이 β선, γ선의 형태로 방사선을 내면서 안정 핵종으로 천이해 간다. 핵분열시 나오는 에너지는 이들 방사선들이 지니고 나오는 에너지이며 원자로에서 발생하는 열은 이들 방사선이 원자로 내에서 흡수되면서 열에너지로 전환된 것이다. 예로서 U-235가 핵분열을 일으키면 168Mev의 운동에너지에 해당하는 빠른 속도의 핵분열 파편이 생겨난다. 그러나 이들은 핵분열이 일어난 지점 주변의 물질들과 충돌하면서 그 에너지를 점차 읽게 되고 종국에는 핵분열이 일어난 지점으로부터 대략 0.1mm 이내에서 정지하게 된다. 따라서 핵분열 파편이 가진 에너지는 핵분열이 일어난 지점 주변 물질들의 열에너지로 전환되는데 이는 총탄이 나무에 박힐 때 나무가 뜨거워지는 현상과 같은 것이다.
13. 결론
우리들이 사용할 수 있는 퇴적에너지 즉 석탄이나 석유는 이제 몇 십 년이면 고갈되고 말 것이다. 그때까지 수소 융합과 같은 대처에너지가 발명되지 않는다면 우리가 몇 천년간 이루어 놓은 문명은 모두 파괴되고 말 것이다. 소극적인 방법이지만 자원을 아껴쓰는 것만큼 좋은 방법은 없을 것이다. 그리고 핵에너지의 효율적인 사용도 좋은 방법일 것이다. 위에서 조금 언급하였듯이 핵공학은 아주 어렵고 복잡한 개념들이다. 그리고 인간에게는 위험한 학문일 수도 있다. 각종 핵페기물로 인한 사고와 사건들이 바로 그것이다. 하지만 핵공학은 인류에게 엄청난 에너지를 제공할 수 있고 인류파멸을 막을 수 있는 한가지 방법일지도 모른다. 이에 대한 기술적인 발전을 통해 안전하게 우리의 원활한 에너지 사용에 이용해야 할 것이다.

키워드

핵에너지,   핵에너지 반대,   핵에너지와 환경,   핵에너지와 환경문제,   핵에너지의 이용,   환경과 핵에너지,   핵폐기물과 환경,   gordpsjwl