원자력이란?- 작동, 장단점

원자력이란?

원자력 에너지는 원자로에서 원자를 쪼개어 물을 증기로 가열하고 터빈을 돌려 전기를 생산하는 것에서 나옵니다. 28개 주에 있는 93개의 원자로는 화석 연료가 아닌 우라늄을 사용하기 때문에 모두 탄소 배출 없이 미국 전력의 거의 20%를 생성합니다. 이 발전소는 항상 켜져 있습니다. 중단을 피하기 위해 잘 작동되고 극한 날씨를 견디도록 제작되어 그리드를 연중무휴 24시간 지원합니다.

핵 에너지는 양성자와 중성자로 구성된 원자의 핵심인 핵에서 방출되는 에너지의 한 형태입니다. 이 에너지원은 두 가지 방식으로 생성될 수 있습니다. 핵분열 – 원자핵이 여러 부분으로 분할될 때 또는 핵이 융합될 때 융합.

오늘날 전 세계에서 전기를 생산하기 위해 활용되는 원자력 에너지는 핵분열을 통해 이루어지며, 핵융합으로 전기를 생산하는 기술은 R&D 단계에 있습니다. 오늘날 30개국 이상에서 400개 이상의 상업용 원자로가 가동되고 있습니다.

원자력 발전은 온실 가스를 배출하지 않고 안정적으로 기저부하 전력으로 알려진 전력을 지속적으로 공급할 수 있는 유일한 전력 공급원입니다. 원자력은 모든 전력원 중에서 토지와 천연 자원에 대한 환경 영향이 가장 적은 에너지 중 하나입니다.

 

핵분열과 핵융합의 차이점

우리가 생산하는 모든 에너지는 기본적인 화학적 및 물리적 과정에서 나옵니다. 이는 대부분 나무, 석탄 및 가스와 같은 탄소 기반 재료를 태우거나 태양, 바람 및 물의 힘을 활용하여 역사를 통해 달성되었습니다.

현재 핵에너지를 생산하는 방법은 핵분열과 핵융합의 두 가지 방법이 있습니다. 핵분열 반응은 핵융합 반응보다 더 쉽게 제어됩니다. 이것이 모든 원자력 발전소가 에너지와 전기를 생산하기 위해 핵분열 반응을 이용하는 이유입니다.

핵분열과 핵융합은 원자에서 엄청난 양의 에너지를 생성하는 두 가지 물리적 과정입니다. 그들은 핵 반응을 통해 다른 소스보다 수백만 배 더 많은 에너지를 생산합니다.

 

핵분열이란?

핵분열은 중성자가 더 큰 원자와 충돌하여 여기를 일으키게 하고 핵분열 생성물이라고도 하는 두 개의 더 작은 원자로 흘릴 때 발생합니다. 연쇄 반응을 일으킬 수 있는 추가 중성자도 방출됩니다.

각 원자가 쪼개질 때 엄청난 양의 에너지가 방출됩니다.

우라늄과 플루토늄은 시작 및 제어가 쉽기 때문에 발전용 원자로에서 핵분열 반응에 가장 일반적으로 사용됩니다.

이 원자로에서 핵분열에 의해 방출된 에너지는 물을 증기로 가열합니다. 증기는 탄소가 없는 전기를 생산하기 위해 터빈을 돌리는 데 사용됩니다.

 

 

핵융합이란?

융합은 두 개의 수소 원자가 융합하여 하나의 헬륨 원자를 형성할 때와 같이 두 개의 원자가 함께 충돌하여 더 무거운 원자를 형성할 때 발생합니다.

이것은 태양에 동력을 공급하고 핵분열보다 몇 배 더 큰 엄청난 양의 에너지를 생성하는 동일한 과정입니다. 또한 고방사성 핵분열 생성물을 생산하지 않습니다.

핵융합 반응은 과학자들에 의해 연구되고 있지만 핵을 결합하는 데 필요한 엄청난 양의 압력과 온도 때문에 장기간 지속하기 어렵습니다.

 

원자력은 어떻게 작동할까?

핵 에너지는 우라늄 원자가 분열하는 과정에서 발생합니다. 이것은 열을 발생시켜 증기를 생성하고 터빈 발전기에서 전기를 생성하는 데 사용됩니다. 원자력 발전소는 연료를 태우지 않기 때문에 온실 가스를 배출하지 않습니다.

원자로는 다른 발전소와 거의 같은 방식으로 전기를 생산합니다. 연쇄 반응은 물을 증기로 바꾸는 에너지를 생성합니다. 증기의 압력은 발전기를 돌려 전기를 생산합니다.

차이점은 열이 생성되는 방식에 있습니다. 화석 연료를 사용하는 발전소는 석탄, 석유 또는 천연 가스를 태워 열을 발생시킵니다. 원자력 발전소에서 열은 핵분열이라고 하는 과정에서 원자를 쪼개면서 생성됩니다.

▷ 원자로는 증기를 만드는 데 사용되는 열을 생성합니다.
▷ 증기는 발전기라고 하는 전자석에 연결된 터빈을 돌립니다.
▷ 발전기는 전기를 생산합니다.

 

가압경수로(PWR)에서 UAE에 건설 중인 원자로 유형은 고압으로 인해 원자로 용기의 물이 끓는 것을 방지합니다. 과열된 물은 많은 작은 파이프로 구성된 증기 발생기로 운반됩니다.

이 파이프의 열은 증기에 대한 두 번째 격리된 물 공급을 전환하는 데 사용되며, 이는 차례로 터빈을 구동하는 데 사용됩니다. 원자로에서 나온 물은 원자로 용기로 다시 펌핑되어 재가열됩니다. 터빈의 증기는 응축기에서 냉각되고 생성된 물은 증기 발생기로 다시 보내집니다.

 

 

원자력의 장점과 단점

원자력 에너지 장점
원자력에는 많은 장단점이 있으며 이 에너지 자원이 무엇을 할 수 있는지에 대한 아이디어를 얻으려면 양쪽을 이해하는 것이 중요합니다. 원자력의 장단점을 알면 이 에너지 자원이 우리의 미래 에너지 수요와 지구를 위한 좋은 결정인지 스스로 결정하는 데 도움이 될 것입니다.

 

1. 낮은 운영 비용
초기 건설 비용 이후에 원자력은 이용 가능한 가장 비용 효율적인 에너지 솔루션 중 하나라는 이점이 있습니다. 원자력에서 전기를 생산하는 비용은 그들이 공급하는 발전소 근처에 자원이 있지 않는 한 가스, 석탄 또는 석유에서 에너지를 생산하는 비용보다 훨씬 낮습니다.
또한 원자력 에너지는 가격이 정기적으로 변동하는 기존 화석 연료와 달리 비용 인플레이션 위험이 비교적 낮다는 추가 이점이 있습니다.

2. 신뢰할 수 있는 에너지원
일부 에너지원은 태양열 및 풍력과 같은 기상 조건에 의존하지만 원자력 에너지에는 그러한 제약이 없습니다. 바람이 불지 않아도, 날이 흐려도 상관없습니다. 원자력 발전소는 본질적으로 외부 기후 요인의 영향을 받지 않으며 예측 가능하고 안정적인 에너지 출력을 생성합니다.
본격 가동 중인 원자력 발전소는 1년 내내 쉬지 않고 에너지를 생산할 수 있어 에너지 생산에 차질이 없어 투자수익률이 좋다.
원자력 발전소는 또한 향후 70-80년 동안 에너지를 생산할 수 있는 충분한 우라늄이 지구상에 있기 때문에 신뢰할 수 있습니다. 긴 시간이 아닌 것처럼 들릴 수도 있지만 많은 화석 연료가 지속되는 것으로 추정되는 것보다 더 길며 원자력 발전소에 전력을 공급하기 위해 다른 원자력 에너지원이 탐색되고 있습니다.

3. 안정적인 기저부하 에너지
당신은 그것을 깨닫지 못할 수도 있지만 원자력은 미국에서 널리 사용됩니다. 미국에서 생산되는 전체 전력의 약 20%를 차지합니다.
이 효율적인 에너지원은 미국 30개 주에 산재한 98개의 원자로에서 나옵니다. 원자력 발전소에서 생성되는 안정적인 전력 생산은 다른 형태의 재생 에너지와 함께 이상적으로 사용할 수 있음을 의미합니다.
예를 들어, 풍력 터빈은 바람이 불 때 상당한 양의 전력을 생성합니다. 바람이 불면 원자력 발전소는 에너지 출력을 낮추도록 조정할 수 있습니다. 반대로 바람이 불지 않고 더 많은 에너지가 필요한 경우 원자력 에너지를 조정하여 풍력(또는 태양열) 발전 전력의 부족을 보완할 수 있습니다.

4. 저공해 생산
오염에 관해서는 원자력의 장단점이 분명합니다. 걱정하지 마세요. 잠시 후에 핵폐기물 문제를 다루겠습니다. 그러나 원자력 발전소의 전체 오염 배출량은 화석 연료의 에너지 생산에 비해 상당히 낮습니다.
현재 원자력 에너지 소비는 이미 매년 5억 5천 5백만 미터톤 이상의 배출량을 줄입니다. 이러한 온실 가스 감소는 원자력으로의 전환이 장기적으로 지구 기후 변화에 미치는 영향을 줄이는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지에 대한 훌륭한 지표입니다.

5. 충분한 연료 가용성
화석 연료와 마찬가지로 원자력 발전소에 사용되는 우라늄은 공급이 제한되어 있습니다. 그러나 우라늄 매장량은 앞으로 80년 더 지속될 것으로 추정되는 반면 화석 연료는 수명이 훨씬 더 제한적입니다.
산업 혁명 이후 우리는 지속적으로 화석 연료 매장량을 고갈시켜 왔습니다. 세계 인구가 증가함에 따라 화석 연료를 계속 소비하고 소비를 계속 늘리면 2052년에는 석유, 2060년에는 가스, 2088년에는 석탄이 고갈될 것으로 추정됩니다.
물론, 우리가 아직 만들지 못한 화석 연료 발견이 더 많지만 그 어느 때보다 점점 줄어들고 있으며 결국 고갈될 것입니다.
우라늄으로 전환하면 더 좋고 깨끗한 재생 에너지 자원을 찾는 데 필요한 추가 시간을 얻을 수 있습니다. 또한 인도, 중국, 러시아와 같은 일부 국가에서는 이미 더 친환경적이고 풍부한 토륨을 사용하여 원자로에 전력을 공급하기 위해 노력하고 있습니다.
토륨으로 바꾸면 80년 이상의 연료를 사용할 수 있습니다. 그러나 과학자들이 핵융합을 현실로 만들 수 있다면 이론적으로 다시는 전기가 고갈되지 않을 것입니다. 원자력 에너지를 지속 가능한 에너지로 전환하려면 가까운 미래에 우리를 지탱할 수 있는 증식로와 핵융합의 사용이 필요합니다.

 

6. 에너지 밀도가 높습니다.
원자력 에너지의 장단점 목록에서 이 장점은 매우 놀랍습니다. 핵분열(원자력 에너지를 생성하는 데 사용되는 과정)은 단순히 가스, 석유 또는 석탄과 같은 화석 연료를 태우는 것보다 훨씬 더 많은 양의 에너지를 방출합니다.
얼마나 더 효율적입니까? 핵분열은 기존 화석 연료보다 에너지 생산에 거의 8,000배 더 효율적입니다. 상당한 양의 에너지 밀도입니다. 원자력 에너지는 더 효율적이기 때문에 발전소에 전력을 공급하는 데 더 적은 연료가 필요하므로 폐기물도 적게 발생합니다.

 

원자력 에너지 단점
원자력 에너지의 장단점 목록에서 원자력이 미래의 전력 수요를 위한 훌륭한 선택이 되는 이유를 다루었습니다. 그러나 원자력이 우리의 미래를 위한 최상의 친환경 에너지인지를 고려할 때 염두에 두어야 할 원자력의 단점이 있습니다. 다음은 원자력 에너지의 주요 단점 중 일부입니다.

 

1. 비싸다
운영 비용이 비교적 저렴함에도 불구하고 원자력 발전소는 건설 비용이 엄청나게 비싸며 비용도 계속 상승하고 있습니다. 2002년에서 2008년 사이에 원자력 발전소를 건설하는 데 드는 예상 비용은 20-40억 달러에서 90억 달러로 증가했으며 발전소는 건설 중 예상 비용을 초과하는 경우가 많습니다.
발전소 건설 비용 외에도 원자력 발전소는 발생하는 폐기물을 보호하고 보안 절차를 갖춘 냉각 구조에 보관하기 위한 자금을 할당해야 합니다. 이 모든 비용은 원자력을 상당히 비싸게 만듭니다.

2. 사고
대부분의 사람들이 원자력 발전소 하면 가장 먼저 생각하는 것 중 하나는 체르노빌 사고입니다. 체르노빌 사고로 얼마나 많은 사람들이 사망했는지 정확히 알 수는 없지만, 이 지역에서 장기간의 방사선 영향으로 10,000명 정도가 사망한 것으로 추정됩니다.
2011년 후쿠시마 원전 위기는 원자력 발전소가 아무리 안전하도록 설계되어도 사고는 일어날 수 있고 일어날 수 있음을 보여주었습니다.

3. 방사성폐기물 발생
원자력 에너지 생산은 배출량을 생성하지 않지만 환경을 오염시키지 않도록 안전하게 보관해야 하는 방사성 폐기물을 생성합니다.
방사선이 무섭게 들릴지 모르지만 우리는 우리가 숨쉬는 공기 중의 우주선이나 라돈에서 나오는 소량의 방사능에 지속적으로 노출됩니다. 소량의 방사선은 해롭지 않지만 원자력 생산에서 나오는 방사성 폐기물은 매우 위험합니다.
방사성 폐기물의 저장은 원자력 발전소가 직면한 주요 과제입니다. 핵폐기물을 파괴할 방법이 없기 때문에 현재의 해결책은 용기에 안전하게 밀봉하고 환경을 오염시키지 않는 지하 깊숙한 곳에 보관하는 것입니다. 기술이 발전함에 따라 미래에는 더 나은 방사성 폐기물 저장 방법을 찾을 수 있기를 바랍니다.

4. 환경에 미치는 영향
원자력 발전소는 발생하는 폐기물보다 환경에 더 큰 영향을 미칩니다. 우라늄의 채광 및 농축은 환경 친화적인 과정이 아닙니다. 우라늄 노천 채굴은 광부에게 안전하지만 방사성 입자를 남기고 침식을 일으키며 심지어 인근 수원을 오염시킵니다.
지하 채광은 훨씬 더 좋지 않으며 채굴자들을 다량의 방사선에 노출시키면서 추출 및 처리 중에 방사성 폐석을 생성합니다.

5. 보안 위협
원자력은 원자력에 의해 구동되기 때문에 국가 안보에 독특한 위협이 됩니다. 테러리스트는 원자력 발전소를 표적으로 삼아 재난을 일으키고, 원자력을 생산하는 데 사용되는 우라늄이 잘못된 손에 들어가면 핵무기로 변할 수 있습니다. 이러한 이유로 원자력 물질 및 원자력 발전소를 둘러싼 보안은 매우 중요합니다.

6. 제한된 연료 공급
원자력의 몇 가지 중요한 장단점이 있을 수 있지만 명심해야 할 가장 중요한 고려 사항 중 하나는 원자력이 에너지를 생산하기 위해 우라늄과 토륨에 의존한다는 것입니다.
공급이 고갈되기 전에 핵융합을 만들거나 증식로를 건설할 방법을 찾지 못하면 미래를 위해 건설한 원자력 발전소로 에너지를 만들 수 없습니다. 궁극적으로 원자력은 매우 높은 가격표를 가진 임시 해결책일 뿐입니다.