원자력 발전

▲ 원자로의 형태
∙핵분열로
원칙적으로 원자로(Nuclear Reactor)는 핵융합, 핵분열 반응로를 모두 포함하고 있지만, 실제로는 핵분열로(Nuclear fission Reactor)만을 뜻하는 경우가 많다.

1. 전력 발생 과정 및 원자로 구조

1) 1차 냉각수 계통 - 원자로 내 순환계통

원자로의 노심부근에서는 핵분열반응에 의한 열에너지가 생성되는데, 이 에너지는 냉각수에 전달된다. 이 결과로 입구에서 흘러 들어오는 약 화씨 530도의 저온 냉각수는 출구로 나갈 때에는 약 화씨 590도의 고온 냉각수가 된다. 이 고온 냉각수는 증기발생장치에서 이 장치로 흘러 들어오는 약 화씨 440도의 2차 냉각수를 고온고압(화씨 535도, 930psi)의 증기로 전환시키면서 다시 냉각되고, 냉각된 후 1차 급수펌프에 의해 원자로심으로 재순환 된다.

2) 2차 냉각수 계통 - 발전계통 순환.

증기발생장치에서 생긴 고온 고압의 증기는 터빈 내에서 팽창하면서 터빈을 회전시키며, 이 터빈의 회전력이 발전기에서 전기로 전환된다. 터빈에서 팽창되고 난 2차 냉각수는 복수기에서 냉각되며, 냉각된 후 다시 2차 급수펌프에 의해서 증기…(생략)

2. 원자로의 종류

1) 가압경수로 (PWR, Pressurized Water Reactor)

나) 원자로 냉각재가 터빈을 직접 구동시키지 않고, 증기발생기를 통해 터빈 구동에 필요한 증기를 생산하는 간접 사이클 방식이다. 따라서 발전 사이클은 원자로냉각재 계통(1차계통), 증기-터빈-급수계통(2차계통), 순환수계통 등 3개로 분리되어 있으며, 일반적으로 원자로냉각재계통만 방사능을 띠고 있다.

다) 열중성자(저속중성자)가 핵분열에 주로 기여하는 형태이며, 핵연료로는 U-235의 농축도가 3-5%인 이산화우라늄(UO2)이 일반적으로 사용된다. 핵연료들은 분필 토막 형태로 성형되어, 피복재(Cladding)라고 불리우는 얇은 지르칼로이 튜브 안에 층층이 쌓여 들어선다.

라) 원자로가 운전할 때 소모되는 우라늄-235가 생산되는 플루토늄-239보다 적어, 군사용으로 적합하지 않다.

마) 방사능을 띠고 있는 원자로 냉각재계통(1차계통)은 튼튼한 격납용기 안에 위치하여 만일의 사고에 대비하고 있다.

바) 열효율은 약 33-35% 수준으로, 순 전기 출력이 1000 MWe인 발전소의 원자로 열출력은 3000 MW 수준이다.