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원자력 발전

원자력 발전. 학 습 목 표. 원자력의 원리에 대하여 설명할 수 있다 . 원자력 발전소의 구성에 대하여 설명할 수 있다. 1. 원자력 발전의 개요. 원자력의 개요 - 열에너지를 이용하는 방법 - 방사선을 이용하는 방법. 1. 원자력 발전의 개요. (2) 원자력 발전의 역할 가 . 에너지 안보적 측면 : 총 소비 에너지의 97.5[%] 를 수입 나 . 국내 산업의 발전적 측면 : 고도의 기술 집약 적 에너지

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원자력 발전

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Presentation Transcript

  1. 원자력 발전

  2. 학 습 목 표 • 원자력의 원리에 대하여 설명할 수 있다. • 원자력 발전소의 구성에 대하여 설명할 수 있다.

  3. 1.원자력 발전의 개요 • 원자력의 개요 • - 열에너지를 이용하는 방법 • - 방사선을 이용하는 방법

  4. 1.원자력 발전의 개요 (2) 원자력 발전의 역할 가. 에너지 안보적 측면 : 총 소비 에너지의 97.5[%]를 수입 나. 국내 산업의 발전적 측면 : 고도의 기술 집약 적 에너지 다. 경제적 측면 : 운영 비용이 월등히 저렴 라. 지구 환경 보전 측면 : 청정 에너지에 가까움

  5. 2.원자력 발전에 관한 기본 사항 (1) 원자력의 원리 가. 원자의 구성 원자-원자핵(양자와 중성자)과 전자로 구성

  6. (2) 핵분열과 에너지 • - 핵반응 • ㉠ 2개의 서로 다른 원자핵 또는 원자핵 핵자가 충돌하여 2개 이상의 새로운 핵입자 또는 감마선이 생겨 나오는 반응 • ㉡ 충돌 입자 : α선, β선, 양자, 중성자 • 핵분열 • ㉠ 핵반응 결과 새로운 핵이 생김과 동시에 감마선이나 가벼운 입자가 따라 나오는 현상

  7. (2) 핵분열과 에너지 ② 핵분열 : 핵분열 과정: 우라늄-235의 원자핵은 중성자를 받아들이면 2개의 다른 원자와 약 2개의 중성자로 쪼개어 진다

  8. (2) 핵분열과 에너지 ③ 핵분열 에너지 : 아인슈타인의 질량-에너지 보존 법칙에 의해 계산할 수 있다. E = mC² ------ E:발산 에너지, m:가벼워진 질량, C: 빛의 속도 [3×108m/s] ④ 핵분열 물질 : 동위원소로 U-238과 U-235가 있 는데 핵 분열이 가능한 원소는 U-235이다. (3) 핵분열 연쇄 반응 새로이 생성된 중성자를 다음의 핵분열에 바로 이용함으로써 외부로부터의 중성자 보급 없이 계 속하여 핵분열을 일으키는 과정

  9. 2. 원자력 발전소

  10. 2. 원자력 발전소 1. 원자로(reactor)의 구성 : 다음 페이지 참조 (1) 원전 연료 : 천연 우라늄(0.7%)이나 농축 우라늄(약 3%)을 이산화우라늄(UO₂)으로 성형, 가공하여 펠릿 (pellet)을 만든다. (2) 감속재(moderator): ㉠ 핵분열을 잘 일으킬 수 있도록 중성자의 속도 를 낮춰 주는 역할 ㉡ 경수, 흑연, 중수, 베릴륨 등

  11. 원자로의 구성

  12. (3) 냉각재(coolant) : ㉠ 핵 연료봉 주위를 흐르면서 핵 분열 시 생긴 열을 흡수하여, 이 뜨거워진 냉각재가 증기 발생기를 통과하는 과정에서 터빈 구동에 필요한 증기를 생산한다. 핵 연료에서 방출한 열을 운반하여 증기를 발생하게 하여 핵 에너지를 전기 에너지로 바꾸도록 한다. ㉡ 이산화탄소, 헬륨,경수, 중수, 나트륨 등

  13. (4) 제어 장치(control mechanism): - 제어물질 : 원자로의 출력을 일정하게 유지하거나 원하는 대로 변동시키려면 중성자수를 조절하는 물질  - 제어봉, 수용성 제어물질, 차폐제

  14. (4) 제어 장치(control mechanism): ① 제어봉:원자로 내에 장전된 핵연료 집합체 내의 연료봉들 사이를 드나 들면서 중성자의 수를 조절한다. 붕소, 카드뮴, 인듐(In), 은(Ag), 가돌리늄(Gd)등이 사용된다. ② 수용성 제어 물질: 중성자를 잘 흡수하는 붕소, 가돌리늄 등을 감속재에 섞어 그 농도를 조절하여 핵분열 연쇄 반응을 제어한다. ③ 차폐체: 핵분열 결과 발생하는 고속 중성자나 감마선 등이 인체에 해를 주는 것을 막기 위해 콘크리트, 납 또는 물 등으로 된 차폐체를 설치하는 경우가 있다.

  15. 2. 원전 연료의 구성 (ㄱ) 산화 우라늄 : 열 전달이 다소 좋지 않 으나 열에 강하고 금속학적으로 아주 안정 되어 있기 때문에 우라늄을산화 우라늄 형태로 만들어 사용한다. (ㄴ) 펠릿: 우라늄 가루를 구어서 만든 약 1[Cm]길이의 백묵같은 모양의 핵연료를 말한다. (ㄷ) 피복재 : 방사성 가스가 빠져 나오지 못하도록 펠릿을 집어 넣은 봉 모양의 지르코늄 합금이며 길이는 약 4(m) 정도된다. (ㄹ) 핵연료 집합체 : 핵연료를 가로, 세로 각각 14개, 16개씩 얽어 매어 띠로 묶은 다발로 한 다발에 약 3억원 이며, 3년간 핵분열한다.

  16. 2. 원자력 발전소 주요 기기 1. 1차 계통 (1) 원자로(Rx) (2) 가압기(PZR) (3) 증기 발생기(S/G) :1차 계통의 냉각재로부터 열을 받아 급수를 증기로 만들어 주는 역할 (4) 원자로 냉각재 펌프(RCP) : 증기 발생기를 거쳐 나온 1차 계통의 냉각재를 원자로 속으로 다시 순환시키는 기기이다. 2. 2차 계통(화력발전과 흡사) (1) 터빈 (2) 발전기 (3) 복수기 (4) 급수 펌프

  17. 3. 발전 기본 원리

  18. 학 습 정 리 1. 원자력 발전 연료로 가장 많이 쓰이는 우라늄의 동위원소는? ㉠ ㉡ ㉢ ㉣ ㉤

  19. 2. 원자력 발전은핵분열에서 어느 것을 이용한 것인가? ㉠ 바람 ㉡ 열 ㉢ 방사선 ㉣ 방사능 ㉤ 소리

  20. 3. 원자로의 감속재로 부적절한 것은? ㉠ 중수 ㉡ 흑연 ㉢ 물 ㉣ 납 ㉤ 경수

  21. 4. 원자로의 구성이 아닌 것은? ㉠ 보일러 ㉡ 원전연료 ㉢ 감속재 ㉣ 냉각제 ㉤ 제어장치

  22. 5. 원자력 발전소의 주요 기기가 아닌 것은? ㉠ 원자로 ㉡ 가압기 ㉢ 증기발생기 ㉣ 조압수조 ㉤ 냉각재 펌프

  23. < 고리 원자력 발전소 >

  24. < 월성원자력 발전소 >

  25. < 한빛(영광)원자력 발전소 >

  26. < 한울(울진) 원자력 발전소>

  27. 3. 원자력 발전소의 종류 1. 가압 경수형 원자력 발전소(PWR) 2. 가압 중수형 원자력 발전소(PHWR) 3. 비등수형 원자력 발전소(BWR) 4. 고온 기체 냉각형 원자력 발전소(HTGR)

  28. 1. 가압 경수형 원자력 발전소(PWR) ①원자로 ②가압기 ③증기발생기 ④냉각재펌프 ⑤주급수펌프 ⑥저압터빈 ⑦고압터빈 ⑧복수기 ⑨발전기 ⑩원자로건물

  29. 1. 가압 경수형 원자력 발전소(PWR) -우라늄235의 함유율이 2.5% 정도되는 저농축 우라늄이 연료로 사용. -냉각재와 감속재로 물이 사용됨. -우리나라에서는 월성발전소를 제외한 모든 원자력발전소에서 사용

  30. 1. 가압 경수형 원자력 발전소(PWR, pressurized water reactor) (1) 최초 : 1957년 미국의 십핑 (Shippingport)발전소 (2) 연료 : 약 3[%]의 저농축 우라늄 (3) 감속재 및 냉각재 : 경수(H₂O)

  31. 2. 가압 중수형 원자력 발전소(PHWR) ①원자로 ②가압기 ③증기발생기 ④냉각재펌프 ⑤주급수펌프 ⑥저압터빈 ⑦고압터빈 ⑧복수기 ⑨발전기 ⑩원자로건물

  32. 2. 가압 중수형 원자력 발전소(PHWR , pressurized heavy water reactor) (1) 개발 : 캐나다 (2) 연료 : 0.7[%]의 천연 우라늄. (3) 감속재와 냉각재 : 중수 (D2O) 단점 –건설비 비싸다. 감속재와 냉각재를 각각 구분하여 사용. 고압 유지 장점 –운전중에도 원전 연료 교체 (이용율 향상)

  33. 3. 비등수형 원자력 발전소(BWR, boiling water rector)

  34. 3. 비등수형 원자력 발전소(BWR, boiling water rector) (1) 연료 : 약 3[%]의 저농축 우라늄 (2) 감속재 및 냉각재 : 경수(H2O) (3) 특징 : 가압기, 증기발생기가 필요 없음. 1차, 2차 계통 분리 되지 않음. 사고시 방사능 확산 가능성 큼 - 안전 설비 많이 설치

  35. 4. 고온 기체 냉각형 원자력 발전소(HTGR, high temperature gas cooled reactor) • 연료: 93[%]의 농축 우라늄에 흑연을 결합시킨 뒤(우라늄 카바이드) 다시 두, 세 겹으로 흑연을 씌움. (2) 냉각재: 헬륨 기체(중성자를 거의 흡수하지 않음) (3) 감속재: 흑연

  36. 3. 원자력의 안전성 (1)방사선 및 방사능 가. 생활과 방사선 나. 방사선의 종류 : 알파선, 베타선, 감마선, 중성자선 등

  37. 자연 방사선과 인공 방사선

  38. 3. 방사선량의 단위 1. 방사능의 단위: 베크렐[Bq], 퀴리[Ci], 1[Ci]〓3.7×10ⁿ(n=10)[Bq] 1[Bq]〓2.7×10ⁿ(n=-11)[Ci] 어떤 물질이 시간당 방사선을 낼 수 있는 능력 2. 조사선량 단위: 쿨롱/킬로그램[c/kg] 뢴트겐[R], 1[R]〓2.58×10ⁿ(n=-4)[C/kg] 1[C/kg]〓3.88×10³[R]감마선 또는 X선이 공기에 조사된 방사선량

  39. 3. 방사선량의 단위 3. 흡수선량의 단위:그레이[Gy], 래드[rad] 1[rad]〓0.01[Gy], 1[Gy]〓100[rad] 물질과 조직이 방사선 에너지를 어느 정도 흡수하는 가를 표시 4. 등가선량(선량 당량)의 단위:시버트[Sv] 렘[rem], 1[Rem]〓0.01[Sv], 1[Sv]〓100[rem] 어떠한 종류의 방사선이라도 엑스선을 기준으로 환산하여, 엑스선의 1[rad]와 동일한 생물학적 효과를 나타나도록 한 방사선량

  40. 2. 다중 방호 * 제 1방벽(원전 연료) * 제 2방벽(연료 피복관) : 피복 재질-지르코늄 합금 * 제 3방벽(원자로 용기) : 20~25[cm] 두께의 강철로 된 용기* 제 4방벽(원자로 건물 내벽) : 3~6[cm] 두께의 철판 * 제 5방벽(원자로 건물 외벽) : 120[cm] 두께의 철근 콘크리트벽

  41. 3. 안전 감시 안전성 확보 구조 : 다중성, 다양성, 독립성, 내진 설계 1. 국내외 안전 규제 감시 : 국제 원자력 기구(IAEA)의 정기적인 검사 IAEA=International Atomic Energy Agency 2. 환경 방사능 감시 : 발전소 건물 밀폐 및 발전소 인근에 방사능 감시 설비

  42. 4. 방사능 폐기물

  43. 1. 방사성 폐기물 1. 방사성 폐기물 ① 방사성 폐기물 처리 : 앞쪽 그림 참조 ② 방사성 폐기물 처분 : 천층 처분 방법, 동굴 처분 방법 2. 원자력 발전소의 사후 처리 ① 사후 처리의 시기 ; 원자력 발전소의 수명 30~40년 ② 사후 처리 방법 : 밀폐 관리 방식, 차폐 격리 방식, 해체 철거 방식

  44. 4. 원자력 기술 개발 1. 고속증식로(FBR, fast breeder reactor)

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