50만 KW급 원자력 발전소 설계(양론설계)

소개글

50만 KW급 원자력 발전소 설계(양론설계)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. INTRODUCTION
1.1 원자력의 기본개념
1.2 원자로와 원자로 구성 성분
1.3 원전 연료
1.4 사용 후 연료의 재처리
1.5 발전 단가
1.6 CO 배출
1.7 대기환경보전법

2. PROCESS FLOW CHART

3. CALCULATION

4. 발전단가

본문내용

에너지이다. 그리고 이 결합에너지는 원자핵으로부터 개개 핵자, 즉 z개의 양자와 N개의 중성자를 따로따로 분리해 내는데 소요되는 에너지로, 또는 z개의 양자와 N개의 중성자를 결합하여 원자핵을 형성할 때 생성되는 에너지로 풀이된다. 원자핵의 총결합에너지는 질량수 A가 증가할수록 증가하게 되나 일정한 비율로 증가하지는 않는다. 핵자당 결합에너지가 매우 큰 원자핵들은 매우 단단하게 결합되어 있음을 의미한다. 따라서 이런 원자핵들은 구성핵자로 분리하기 위해서는 결합에너지가 작은 원자핵에 비해서 상대적으로 많은 양의 에너지를 공급해 주어야 한다. 달리 말하면, 핵자당 결합에너지가 큰 원자핵은 결합할 때 상대적으로 그 구성핵자로부터의 방출에너지가 많다는 것이다. 덜 안정된 핵들을 결합하여 보다 안정한 핵을 생성시키면 결합과정에서 에너지가 방출되게 된다. 질량수가 작은 가벼운 두 개의 원자핵을 결합하여 적어도 한 개는 반응 전 원자핵보다 질량수가 큰 무거운 원자핵을 생성시키는 반응을 핵융합반응(fusion reaction)이라고 한다. 이 같은 핵융합 반응은 수소폭탄과 같이 엄청난 양의 에너지를 방출하게 되는 원천이 된다.
아주 가벼운 원자핵이 서로 결합되어 질량수 A가 큰 원자핵이 생성될 때, 혹은 질량수 A가 아주 큰 원자핵이 그 값이 작은 원자핵으로 분리할 때 보다 안정된 원자핵이 생성됨을 알 수 있다. 예를 들어 U-238은 핵자당 결합에너지가 약 7.5 MeV인데 비하여 원질량수가 U-238의 절반인 119근처에 있는 원자핵의 핵자당 결합에너지는 약 8.4 MeV이다. 따라서 만일 우라늄 원자핵이 질량수가 각각 우라늄의 절반인 가벼운 두 개의 원자핵으로 분리되면 이 반응으로부터 핵자당 약 0.9 MeV에 해당하는 결합에너지의 이익이 생겨 총 238 X 0.9 = 214 MeV에 달하는 에너지가 방출된다. 이와 같이 무거운 원자핵이 분리되어 가벼운 원자핵을 생성시키면서 에너지를 발생시키는 과정을 핵분열(nuclear fission)이라고 하며, 이것이 원자력의 근원이 된다.
1.1.3 핵분열 반응
우라늄-235 중성자를 흡수하면 원자핵이 2개로 쪼개진다. 핵분열이 일어날 때는 많은 열에너지와 함께 2~3개의 중성자도 함께 나오는데, 우라늄-235 1그램이 완전히 핵 분열할 경우 석탄 3톤을 태울 때 나는 열량과 같다. 핵분열은 U-253같은 무거운 원자핵이 중성자와 충돌하여 두 쪽으로 분열되면서 에너지와 2~3개의 중성자를 방출하는 현상을 말한다. 핵 분열 때 방출되는 중성자를 다른 U-235에 흡수 시켜 같은 반응을 반복시키면서 핵분열 연쇄반응을 일어난다. 연쇄반응을 조절하여 일정률을 유지하는 장치가 원자로이며 급격하게 증폭시키는 장치가 핵폭탄이다.
cf-252(칼리포르늄)은 α변환을 하는 이외의 스스로 핵 분열하는 성질이 있다. 이와 같은 핵분열을 자발 핵분열이라고 한다. 자발핵분열은 원자핵 분열의 한 형식이다.
Figure 3. 핵분열
1.1.4 핵융합
핵융합 시 발생되는 에너지량은 핵분열 시에 발생되는 에너지량보다 훨씬 더 크기 때문에 흔히 말하는 원자탄(핵분열 반응을 이용한 핵폭탄)보다는 수소탄(핵융합 반응을 이용한 핵폭탄)의 위력이 훨씬 더 크다는 것을 알 수 있다.
일반적으로 모든 물질은 온도를 높임에 따라 고체→액체→기체로 변한다. 그리고 더욱더 온도를 높여서 수백만도(℃)이상이 되면 원자를 구성하고 있는 원자핵과 전자의 결합 상태가 허물어져서 제각기 맹렬한 속도로 불규칙하게 흩어져 공간을 떠돌게 된다. 원자의 이러한 상태를 “플라즈마(Plasma)”상태라고 하는데, 이런 “플라즈마”상태에서 1억도(℃)이상이 되면 핵융합 반응이 일어나게 된다. 이 핵융합 반응을 일명 “열 핵반응”이라고도 한다.
Figure 4. 핵융합 반응
1.1.5 우라늄
1789년 독일의 화학자 M.H.클라프로트에 의해서 발견되어 1781년 토성(土星)의 바깥쪽에서 발견한 새 행성 Uranus(天王星)에서 따서 명명되었다. 홑원소물질로 처음으로 분리한 것은 1842년 프랑스의 E.M.펠리고이다. 광물로 존재하는 우라늄은 지각에 널리 분포되어 있으며 평균적인 존재량은 약 2∼3ppm 인 것으로 알려져 있다. 그리고 바닷물 속에 약 3ppb 정도가 포함되어 있는 것으로 추정되고 있다. 그런데 기술적으로나 경제적으로 이용될 수 있는 우라늄 광상의 품위는 일반적으로 0.1∼0.3% U3O8 정도이기 때문에, 활용될 수 있는 우라늄 자원은 흔치 않으며 주로 캐나다, 미국, 호주, 남아프리카 및 중앙아프리카에 많이 존재한다. 표에 나타낸 자유세계 우라늄 자원의 매장량에 의하면 산화물형태의 우라늄을 얻는데 필요한 경비가 kg당 80불 이하인 것이 175만톤, 그리고 kg당 80불에서 130불 사이인 것이 55만톤이며, 추가적으로 추정되는 것은 각각 160만톤과 112만톤으로 발표되어 있다. (OECD / NEA-IAEA, 1982), 우리나라에는 평균 품위가 약 0.04%로 그 양은 약 1,100톤이 매장된 것으로 확인되었다.
1.1.5.1 우라늄의 동위원소
천연우라늄은 질량수 234(존재 백분율 0.0058 %, 반감기 24만 8000년), 235(존재백분율 0.715 %, 반감기 7억 1300만 년), 238(존재 백분율 99.2 %, 반감기 45억 1000만년) 등 3종의 동위원소로 이루어지며, 그 밖에 인공적으로 만든 동위원소를 포함하면 질량수 227로부터 240까지 14종이 존재한다. 우라늄 235는 악티늄족 계열 최초의 핵종으로 악티노우라늄(AcU)이라고도 하며, 열중성자(熱中性子)·고속중성자·양성자·α입자·중양성자(重陽性子)·β선 등의 충격에 의해서 핵분열 하는데, 열중성자에 의한 핵분열에서는 약 200 MeV의 에너지를 방출하며 평균 2.5개의 중성자도 방출한다. 에서서 방출된 중성자가 다른 우라늄 235서 방출된분열시키도록 조건을 주면 연쇄반응을 일으켜 거대한 에너지를 방출한다. 또한 순수한 우라늄 235에서는 1 g당 매초 약 0.0003개의 방가 자발핵분열(自發核分裂)을 일으키므로 일정량? 일는데이면 연쇄반응에 의해서 핵폭발쇄반응에난 핵폭발것을 이용한 것이 1945년 8월 6

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