원자력발전의종류중 중수는무엇인가요?

1. 물은 경수와 중수로 구분할 수 있습니다.

    영어로 경수는 Light Water, 중수는 Heavy Water라고 합니다.

 

물이 H2O라는 것은 아시죠.

- 수소원자2개와 산소원자1개로 구성됩니다.

- 수소핵의  무게는 대부분 양자와 중성자에 좌우 되며 양자1개와 중성자1개로 구성됩니다.

또 다른 물은 중수(D2O)입니다.

- 수소원자가 중성자 1개를 포함하여 양자1개외 중성자2개로 되는 것을 무거울 중자를 써서 중수소라고 하며,

   수소대신 중수소로 구성된 무거울 중자를 써서 중수라고 합니다.

* 원자력발전소에서 물은 여러용도로 사용됩니다.

   - 냉각재로 사용 : 비열이 높아 열이동에 유리, 기화/액화 조절가능

     (경수와 중수의 냉각재 관련 차이는 있으나 본질적인 차이는 감속재의 기능에 있습니다.)

  - 감속재로 사용 (아래 2. 항 참조)

 

2. 원자력발전소에서는 우라늄의 핵분열을 이용하여 에너지를 얻고 있습니다.

우라늄이 핵분열하기 위해서는 우라늄에 중성자가 추가되어야 하는데요.

이 중성자는 너무 빨라서 우라늄에 포획되지 않습니다.

그래서 중성자의 속도를 늦추어야 합니다.

즉, 우라늄분열(붕괴)에서 나오는 중성자의 속도를 늦추기 위해서는 감속이 필요합니다.

 

우리나라에서는 감속재를 경수(H2O)와 중수(D2O)를 사용합니다.

- 경수를 사용하는 원자로를 경수로(LWR; Light Water Reactor)라고 하고,

  : 고리1,2,3,4호기, 신고리1호기,  영광1~6호기, 울진1~6호기(17개 호기)

- 중수를 사용하는 원자로를 중수로(HWR; Heavy Water Reactor)라고 합니다.

 : 월성1~4호기(4개 호기)

 

3. 중성자 감속

ㅇ 경수를 사용하는 경우

- 장점 : 경수는 중성자와 무게가 비슷하기 때문에 감속이 잘 됩니다.

            중수 대비 가격이 저렴합니다.

            경수에 대한 특성을 잘 알고 있어 공학적으로 사용이 용이합니다.

            중성자를 포획하여도 중수가 될 뿐 방사성물질이 되지는 않습니다.

            점도가 낮아 마찰이 적습니다.

- 단점 : 경수는 중성자를 흡수하여 중수가 되는 성질이 있어 중설자의 손실이 발생합니다.

            약 3% 정도 농축된 우라늄을 연료로 사용하여야 합니다.

ㅇ 중수를 사용하는 경우

- 장점 : 경수 대비 중성자을 조금만 흡수합니다.

            (중성자 감속능 등은 경수보다 낮지만 상기사항이 우수하여 천연우라늄을 연료로 사용할 수 있음)

            천연우라늄을 연료로 사용할 수 있음(농축을 하지 않으므로 농축기술에 대한 국제적인 염려가 적음)

- 단점 : 중수소가 중성자를 포획하는 경우 삼중수소가 되어 방사화됨

            감속능은 경수보다 낮음

            가격이 고가임

            중수의 특성도 잘 알고 있음(경수보다는 못하지만)

            경수 대비 점도가 높음

 

4. 세계적으로 중요한 이슈가 되고 있는 것으로 에너지자원, 에너지안보가 있습니다.

   우리나라는 여러가지 발전소가 있으며 이에 대한 균형을 가지려고 노력하고 있습니다.

   현재, 원자력발전은 전력생산에 약 30%를 차지하고 있으며 약 40%까지는 적절한 것으로 예상됩니다.

   독일이나 일본처럼 원자력을 포기하기에는 너무 잃는 것이 많습니다.

   무한경쟁시대에 조금이라도 원가상승이 발생하면 경쟁에서 뒤쳐지게 됩니다.

   그동안 우리나라 원자력관련 기술력은 정말 엄청나게 발전하였고, 앞으로서 세계에서 선두를 유지할 수

   있을 것으로 예상됩니다.

   화력발전(석탄, Oil, Gas 등)은 그린하우스 문제 등으로, 풍력,태양력은 부지 및 원가로 아직 적절하지

   않습니다.

 

   * 노형에 대한 차이점도 많지만 요청하지 않아 설명은 생략합니다.

 

5. 참고로, 자료를 아래에 붙여 봅니다.

   - 중성자에 따라 H2O, D2O, T2O로 분류한 것을 참고하세요. (H, D, T는 동위원소)  

   - 또한, HDO(수소원자 2개중 1개라도 중수소 라면)도 중수 입니다.

 

 

* 에서 천연우라늄에 대한 설명

natural uranium(NU) 천연(天然)우라늄 동위원소 조성이 천연으로 산출되는 것과 같은 우라늄. 천연우라늄은 ²³⁸U 99.2743%, ²³⁵U 0.72%, ²³⁴U 0.0057%를 함유하고 있다. ²³⁵U의 함유율을 인공적으로 높인 농축 우라늄에 상대되는 말.

* 에서 중수에 대한 설명

수소에는 ¹H(프로튬 H) ·²H(중수소 D) ·³H(삼중수소 T)의 동위원소가 있는데, 이 중 ¹H(프로튬 H) ·²H(중수소 D)는 안정한 동위원소이고, ³H(삼중수소 T)는 방사선을 내는 방사선 동위원소이다. 산소에는 ¹⁶O ·¹⁷O ·¹⁸O의 세 종류의 안정동위원소가 있다. ¹H와 ¹⁶O로 이루어진물을 경수(輕水)라 하고, 이 밖의 H와 O와의 조합으로 이루어져 있는 물을 중수라고 한다. 보통의 물은 분자량 18인 경수를 99.74 % 함유하며, 이 밖에 중수로서 H₂¹⁸O 0.17 %, H₂¹⁷O 0.037 %, HD¹⁶O 0.032 %, HD¹⁸O 0.00006 %, HD¹⁷O 0.00001 %, D₂¹⁶O 0.000003 %, D₂¹⁸O 및 D₂¹⁷O가 각각 0.000001 % 함유되어 있다. 이러한 함유량은 물의 기원(起源) ·장소 등에 관계없이 거의 일정하지만, 사해(死海) 또는 심해(深海)의 물, 어떤 종의 생체 내에서는 중수가 약간 농축되어 있다.

또 이들 중수에서 얻을 수 있는 것은 D₂¹⁶O이므로 보통은 이것을 중수라고 한다. D₂O(산화중수소)의 전기분해속도는 H₂O의 몇 분의 1이기 때문에 가성알칼리를 함유하는 수용액을 전기분해하면 잔액(殘液)에 중수가 풍부한데, 이것을 이용하면 순수한 중수를 얻을 수 있다. 또, 동위원소 교환반응을 이용하는 일도 있다. 중수는 무색 ·무취의 액체이며, 화학적으로 정성적(定性的)인 성질은 보통의 물과 거의 다르지 않다. 그러나 정량적(定量的)으로는 상당한 차이를 볼 수 있는데, 일반적으로 반응성이 적고, 염류(鹽類)의 용해도도 보통의 물보다 작다. 생물에 대해서는 중수의 농도가 적을 때는 생체에 대한 저해작용(沮害作用)을 볼 수 없으나, 농도가 커지면 정상적인 호흡작용이나 탄산동화작용을 할 수 없게 된다. D₂O는 중성자를 흡수하므로 원자로의 중성자 감속재나 냉각재로 사용된다. 

[출처] 중수 [重水, heavy water ] | 백과사전