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수년에 걸친 기술 발전은 X선의 발견과 같은 놀라운 물리적 원리에 대한 지식을 습득할 수 있게 했습니다. 이 발견은 의학을 혁신했고, 뉴턴의 연구는 아인슈타인이 상대성 이론을 연구할 수 있게 했으며, 원자의 발견은 핵분열로 이어졌습니다.
이러한 모든 업적은 항상 과학계의 의견을 분열시켰습니다. 이 발견들은 훌륭하지만, 어떤 면에서는 위험할 수 있다고 여겨졌습니다.
21세기 사회는 세계를 변화시킨 발견에 대해 오랜 세월 동안 의문을 제기해왔습니다. 바로 원자력에 관한 이야기입니다!
원자력 또는 핵 에너지는 방사성 붕괴와 핵반응에서 운동 에너지 형태로 얻어지며, 전력을 얻기 위해 원자력 발전소와 같은 다양한 기술에 의해 사용됩니다. 2020년 기준, 원자력은 전 세계 전력 생산의 10%만을 차지했지만, 생산된 에너지 단위당 사망률 기준으로는 가장 안전한 에너지원 중 하나입니다. 그럼에도 불구하고, 왜 대중은 이 기술 사용에 대해 우려를 표하는 걸까요?
함께 원자력 발전소의 작동 방식을 알아보고 각 단계를 자세히 살펴봅시다.
원자력 발전소는 거대하고 복잡한 건물로, 전력 생산을 위해 사용되며 핵분열을 통해 에너지를 생성합니다.
핵분열은 무거운 원소의 핵이 많은 에너지를 방출하며 붕괴되는 반응입니다. 이 반응은 우라늄-235와 같은 무거운 금속 핵이 중성자에 의해 충돌할 때, 즉 핵이 파괴되고 3개의 새로운 중성자와 에너지가 방출될 때 발생합니다. 이 중 하나는 우라늄-238 핵에 흡수되어 손실되고, 다른 하나는 시스템에서 탈출할 수 있으며, 세 번째 중성자는 또 다른 우라늄-235 핵을 때려 연쇄 반응을 일으킵니다.
이 반응은 중원소의 붕괴를 제어된 방식으로 관리하는 원자로의 기반입니다.
이제 원자력 발전소의 구조와 작동 방식을 알아봅시다!
발전소는 주로 두 개의 구역으로 나뉩니다. 첫 번째는 원자로가 포함된 "핵섬"이며, 두 번째는 획득된 원자력을 전기로 변환하는 "일반 구역"입니다.
이러한 모든 업적은 항상 과학계의 의견을 분열시켰습니다. 이 발견들은 훌륭하지만, 어떤 면에서는 위험할 수 있다고 여겨졌습니다.
21세기 사회는 세계를 변화시킨 발견에 대해 오랜 세월 동안 의문을 제기해왔습니다. 바로 원자력에 관한 이야기입니다!
원자력 또는 핵 에너지는 방사성 붕괴와 핵반응에서 운동 에너지 형태로 얻어지며, 전력을 얻기 위해 원자력 발전소와 같은 다양한 기술에 의해 사용됩니다. 2020년 기준, 원자력은 전 세계 전력 생산의 10%만을 차지했지만, 생산된 에너지 단위당 사망률 기준으로는 가장 안전한 에너지원 중 하나입니다. 그럼에도 불구하고, 왜 대중은 이 기술 사용에 대해 우려를 표하는 걸까요?
함께 원자력 발전소의 작동 방식을 알아보고 각 단계를 자세히 살펴봅시다.
원자력 발전소는 거대하고 복잡한 건물로, 전력 생산을 위해 사용되며 핵분열을 통해 에너지를 생성합니다.
핵분열은 무거운 원소의 핵이 많은 에너지를 방출하며 붕괴되는 반응입니다. 이 반응은 우라늄-235와 같은 무거운 금속 핵이 중성자에 의해 충돌할 때, 즉 핵이 파괴되고 3개의 새로운 중성자와 에너지가 방출될 때 발생합니다. 이 중 하나는 우라늄-238 핵에 흡수되어 손실되고, 다른 하나는 시스템에서 탈출할 수 있으며, 세 번째 중성자는 또 다른 우라늄-235 핵을 때려 연쇄 반응을 일으킵니다.
이 반응은 중원소의 붕괴를 제어된 방식으로 관리하는 원자로의 기반입니다.
이제 원자력 발전소의 구조와 작동 방식을 알아봅시다!
발전소는 주로 두 개의 구역으로 나뉩니다. 첫 번째는 원자로가 포함된 "핵섬"이며, 두 번째는 획득된 원자력을 전기로 변환하는 "일반 구역"입니다.
외관상 핵섬은 거대한 콘크리트 블록으로, 중앙에 위치한 원자로를 격리합니다. 원자로에는 보통 우라늄-238과 우라늄-235의 혼합물로 이루어진 핵 또는 코어가 있습니다. 생성된 중성자를 감속시키기 위해 일반적으로 중수 또는 흑연이 감속재로 사용되며, 이는 핵분열의 확률을 높입니다.
원자로에는 초과 중성자를 포획하기 위해 금속 제어봉이 있으며, 반응 출력을 조절하기 위해 코어에 삽입되며, 필요한 경우 긴급 시 반응을 멈출 수 있습니다. 반응이 임계 수준에 도달하면 엄청난 에너지를 방출하며, 코어가 용융되고 격벽이 파괴되며 방사성 물질이 환경으로 방출됩니다. 반응의 잔해가 감속되면서 열을 발생시키며, 이 열은 우라늄 코어를 둘러싼 열 전달 액체에 의해 포획됩니다. 간단히 말해, 열 전달 액체는 난방 시스템 내 라디에이터의 뜨거운 물과 같은 방식으로 작동하며, 물은 보일러에서 생성된 열을 방 안의 여러 지점으로 전달합니다. 압축된 열 전달 액체가 코어에 도달할 때의 온도는 290°C이며, 15MPa의 압력에서 320°C까지 도달하여 끓지 않도록 합니다.
가열된 액체는 증기 발생기를 통과하며, 여기에서 포화 습증기가 생성됩니다. 그 후 습기 분리기를 통과하여 포화 건증기로 변환되며, 도관 시스템을 통해 최종 온도 290°C와 압력 5MPa로 일반 구역의 증기 터빈으로 전달됩니다. 압력 유지에는 가압기가 사용됩니다. 터빈은 증기의 열 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 구동 장치입니다. 변환된 에너지를 사용하여 터빈은 발전기를 구동하며, 발전기는 전력을 생성합니다. 동일한 원리가 가장 일반적인 연료 발전소와 수력 발전소, 풍력 발전소에서도 사용됩니다.
전체 과정에서 생성되는 다량의 증기는 터빈을 떠난 후 관리되어야 합니다. 냉각된 후 증기는 다시 액체 상태로 돌아가 프로세스에서 재사용될 수 있습니다. 터빈 아래에는 응축기가 설치되어 증기를 냉각하며, 냉각제를 사용하여 물로 변환됩니다. 응축기에서 나오는 물은 매우 높은 온도를 가지고 있어 원래의 수원에 방출될 수 없습니다. 이는 생태계를 손상시킬 수 있기 때문입니다. 따라서 강, 호수 또는 해변 근처에 원자력 발전소를 건설하는 것이 선호되며, 대규모 수량으로 응축기 물의 온도를 점진적으로 낮추어 환경 피해 없이 관리할 수 있습니다. 내륙에 건설된 발전소의 경우, 폐쇄된 냉각 순환이 필요하며, 가장 많이 사용되는 시스템은 자연 순환 또는 강제 순환 냉각탑으로, 대형 팬이 사용됩니다.
원자로에는 초과 중성자를 포획하기 위해 금속 제어봉이 있으며, 반응 출력을 조절하기 위해 코어에 삽입되며, 필요한 경우 긴급 시 반응을 멈출 수 있습니다. 반응이 임계 수준에 도달하면 엄청난 에너지를 방출하며, 코어가 용융되고 격벽이 파괴되며 방사성 물질이 환경으로 방출됩니다. 반응의 잔해가 감속되면서 열을 발생시키며, 이 열은 우라늄 코어를 둘러싼 열 전달 액체에 의해 포획됩니다. 간단히 말해, 열 전달 액체는 난방 시스템 내 라디에이터의 뜨거운 물과 같은 방식으로 작동하며, 물은 보일러에서 생성된 열을 방 안의 여러 지점으로 전달합니다. 압축된 열 전달 액체가 코어에 도달할 때의 온도는 290°C이며, 15MPa의 압력에서 320°C까지 도달하여 끓지 않도록 합니다.
가열된 액체는 증기 발생기를 통과하며, 여기에서 포화 습증기가 생성됩니다. 그 후 습기 분리기를 통과하여 포화 건증기로 변환되며, 도관 시스템을 통해 최종 온도 290°C와 압력 5MPa로 일반 구역의 증기 터빈으로 전달됩니다. 압력 유지에는 가압기가 사용됩니다. 터빈은 증기의 열 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 구동 장치입니다. 변환된 에너지를 사용하여 터빈은 발전기를 구동하며, 발전기는 전력을 생성합니다. 동일한 원리가 가장 일반적인 연료 발전소와 수력 발전소, 풍력 발전소에서도 사용됩니다.
전체 과정에서 생성되는 다량의 증기는 터빈을 떠난 후 관리되어야 합니다. 냉각된 후 증기는 다시 액체 상태로 돌아가 프로세스에서 재사용될 수 있습니다. 터빈 아래에는 응축기가 설치되어 증기를 냉각하며, 냉각제를 사용하여 물로 변환됩니다. 응축기에서 나오는 물은 매우 높은 온도를 가지고 있어 원래의 수원에 방출될 수 없습니다. 이는 생태계를 손상시킬 수 있기 때문입니다. 따라서 강, 호수 또는 해변 근처에 원자력 발전소를 건설하는 것이 선호되며, 대규모 수량으로 응축기 물의 온도를 점진적으로 낮추어 환경 피해 없이 관리할 수 있습니다. 내륙에 건설된 발전소의 경우, 폐쇄된 냉각 순환이 필요하며, 가장 많이 사용되는 시스템은 자연 순환 또는 강제 순환 냉각탑으로, 대형 팬이 사용됩니다.