원자력의 평화적 이용

195 1 년, 미국은 아이다호 주 국립원자로실험센터에서 처음으로 원자로로 전기를 생산하려고 시도하면서100킬로와트의 원자력을 방출하여 인류가 원자력을 평화적으로 이용하는 첫걸음을 내디다. 그 후 얼마 지나지 않아 1954 년 6 월, 구소련은 모스크바 교외의 요부닝스크에 세계 최초의 공업전력망으로 송전된 원자력 발전소를 건설했다. 그러나 전력은 5000 kW 에 불과하다. 196 1.7 월 미국은 최초의 상용원자력발전소인 양집원자력발전소를 건설했다. 이 원전 전력은 300MW 에 육박하고 발전비용은 9.2 mm/kWh 로 낮아져 원전의 강력한 생명력을 보여준다. 오늘날 일부 경제 선진국에서는 급속한 경제 발전과 에너지 범람 사이의 갈등이 날로 두드러지고 있다. 동시에, 전통 에너지 공업으로 인한 환경오염과 온실효과는 인류의 생존 환경을 심각하게 위협하고 있다. 이에 따라 프랑스 일본 이탈리아 등 재래식 에너지가 부족한 국가뿐 아니라 미국 캐나다 등 재래식 에너지가 풍부한 국가도 원전을 대대적으로 발전시키고 있다. 1995 년 말까지 세계에서 운영되는 원자력 발전소의 총수는 이미 438 개에 달했다. 이 가운데 미국이 운영하는 원전 총수는 109 개에 달하고, 원전 발전량은 기록적인 6730 억 킬로와트에 달하며 미국 발전량의 22.5% 를 차지한다. 프랑스의 원자력 발전량은 전년도보다 4.9% 증가했다. 이미 3580 억 킬로와트시에 이르렀고, 운행 중인 56 개의 원전 발전량은 전국 총 발전량의 76% 를 차지한다. 지난해 중국은 700 억 킬로와트시의 원전을 수출했다. 원자력은 이미 프랑스에서 여섯 번째로 큰 수출품이 되었다. 재래식 에너지 자원 부족으로 일본은 원자력 발전을 매우 중시한다. 현재 운행 중인 5 1 원자력 발전소는 중국 총 전력 수요의 28% 를 공급하고 있으며 일본 관련 부서는 원자력 300 개를 늘릴 계획이다.

둘째, 원자력의 우월성

원자력의 급속한 발전은 그 자체의 우월성에 의해 결정된다.

원자력은 집중력, 청결, 안전, 경제의 에너지이다. 첫째, 원자력은 고도로 집중된 에너지이다. 원전은 전기가 가장 필요한 곳에 지을 수 있으며 연료 수송의 제한을 받지 않는다. 1 킬로그램의 우라늄 분열로 인한 열량은 1 킬로그램의 표준 석탄 연소로 인한 열량의 270 만 배에 해당한다. 따라서 원자력 발전소는 동남, 화남 등과 같이 재래식 에너지가 부족하고 전기가 절실히 필요한 지역에 특히 적합하다. 원자력이 가장 비축되어 있다.

원자력은 환경을 보호하는 데 도움이되는 청정 에너지입니다. 현재 세계 전기의 80% 는 석탄이나 연료 발전소에서 나온 것으로, 연소된 연기가 대기로 배출되어 환경을 심각하게 오염시키고 있다. 같은 규모의 석탄 발전소에서 방출되는 방사능은 원자력 발전소보다 몇 배나 크다. 석탄이 연소된 후 배출되는 일산화탄소, 이산화탄소, 황화수소, 벤조피렌은 산성비를 형성하기 쉬우므로 토양을 산화시키고 수원산도를 증가시켜 식물과 수생 자원에 해로운 영향을 미칠 수 있다. 생태 균형을 파괴하고, 벤조피렌도 강한 발암물질이다. 성인은 매일 약 14 킬로그램의 공기를 호흡하며, 화력 발전소 오염으로 인한 사망률 에너지는 같은 규모의 원자력 발전소보다 400 배 더 많다. 동시에 대기 중 이산화탄소 농도의 증가는 대기의' 온실효과' 로 이어졌다. 또한 석탄과 석유는 중요한 화학 원료이며, 대량 연소는 화학 산업의 발전에 매우 불리하며, 아깝고 낭비이기도 하다.

원자력도 일종의 안전한 에너지이다. 수십 년간의 발전과 개선을 거쳐 원자력 발전소는 이미 가장 안전한 부문 중 하나가 되었다. 중국 핵공업의 30 여 년 동안의 안전기록이 좋은 증거이다. 1 년 동안 가동되는 원자로를 힙 연도라고 합니다. 삼리도 사고 이전에 전 세계의 상업원자력발전소는 이미 65,438+0,400 개의 원자로 연도를 운행했다. 삼리도 사고 이후 그들은 이미 2000 여 년 동안 안전하게 운행했다. 삼리도 사고는 설계, 관리, 운영, 설비 결함이 얽혀 있는 매우 드문 사고다. 문제의 어떤 부분도 없애기만 하면 이런 결과를 낳을 수 없다. 사고의 결과는 여론선전만큼 심각하지 않다. 사고 중 주요 안전시스템이 모두 자동으로 가동되고 있어 원자력 발전소의 안전성을 반대면에서 증명한 것으로 전문가들은 보고 있다. 1986 년 4 월 소련 체르노빌 원자력 발전소에서 다시 한 번 중대한 사고가 발생했다. 전문가들은 구소련 원자력 발전소, 특히 초기에는 안전시설이 좋지 않아 안전껍데기가 없었다고 생각한다. 사고의 직접적인 원인은 한 실험에서 조작 절차 위반으로 신호 지시와 제어 시스템이 작동하지 않았기 때문이다. 현재, 국제원자력기구와 각국 국가안보부는 일련의 안전법규를 세웠다.

특히 중국이 5438 년 6 월 +0989 65438+ 10 월에 건설한 청화대 핵연구원이 설계한 5 MW 저온 핵난방기는 세계 최초로 가동된 핵난방기이자 세계 최초의 수력연료 제어봉 시스템을 채택한 원자로라고 지적했다. 이 원자로 설계에는 압력 케이스와 안전 케이스가 있습니다. 그것은 이중 안전 장벽이 있고, 안전하고 믿을 만하며, 이미 5 겨울을 운행했다. 사고가 발견되지 않았다. 5 MW 저온 원자로에서 대기로 배출되는 방사성 물질로 인한 피해는 담배 한 개비로 인한 피해인 1/400 에 불과하며 방사능 오염은 극히 적은 것으로 모니터링됐다.

원자력도 일종의 경제 에너지이다. 세계에서 원자력 발전소를 운영하는 경험에 따르면 그 비용은 화력 발전소보다 30 ~ 50% 높지만 연료와 운송 비용이 낮기 때문에 발전 비용은 화력 발전소보다 여전히 30% 가량 낮으며 원자력 발전소 기술이 지속적으로 개선되고 향상됨에 따라 비용도 계속 절감될 것으로 나타났습니다. 일본 에너지경제연구소에 따르면 20 10 년까지 일본 원전 비용은 8.9 엔/킬로와트시가 될 것으로 전망했다. 석탄과 유전기의 비용은 각각 10.45 엔/킬로와트시와 13.06 엔/킬로와트시이다. 따라서 일부 전문가들은 미래의 도시 집중 난방 공사가 점차 저온 핵 난방 기술을 채택하는 것은 필연적인 추세라고 예측했다.

셋. 원자로와 원자력 발전소

통제할 수 있는 핵분열 체인형 반응을 유지할 수 있는 장치를 원자로라고 한다.

원자력 공업은 제 2 차 세계대전 기간에 발전하였다. 당시 핵무기는 전적으로 군사적 필요를 충족시키기 위해 제조되었다. 1950 년대 이후 원자력의 평화적 이용이 급속히 발전하면서 원자로의 유형과 수가 증가했다. 원자로의 분류에 따르면 대략 다음과 같은 범주로 나눌 수 있다.

(1) 생산 반응기. 주로 핵분열 물질 및 기타 재료 또는 산업 규모의 방사선을 생산하는 데 사용되며, 이를 생산더미라고 합니다. 1950 년대에 건설된 최초의 흑연수냉더미와 천연 중수더미는 모두 군용 239Pu, 즉 천연 우라늄 중 많은 238U 가 원자로에서 중성자를 흡수하여 239Pu 로 전환했습니다. 이것은 핵무기의 원료로 사용할 수 있는 핵분열 물질입니다.

(2) 시험반응기. 주로 원자로 또는 원자로 유형을 설계하거나 개발하는 데 필요한 원자로 물리적 또는 원자로 엔지니어링 데이터를 얻는 데 사용됩니다. 예를 들어, 핵물리학, 방사선화학, 생물학, 의학 연구, 방사성 동위원소 생산 등에 사용할 수 있습니다. 또한 원자로 조립품 및 구조 재질을 테스트하고 다양한 새로운 원자로의 정적 및 동적 특성을 연구하는 데도 사용할 수 있습니다.

(3) 동력 (발전, 추진, 난방) 을 생성하는 원자로를 원자력 발전소, 핵난방, 핵잠수함 등이라고 한다. 현재 일반적으로 사용되는 전력 원자로는 네 가지 범주로 나뉩니다.

A. 흑연기냉더미-최초의 마그누크스 더미, 개선된 기냉더미, 고온기냉더미를 포함한다. 이 원자로는 흑연을 연화제로, 가스를 냉각수로 사용한다. 마그녹스 원자로는 천연 우라늄을 연료로, 연료 껍데기는 마그녹스 마그네슘 합금으로 이산화탄소에 의해 냉각된다. 마그녹스는 고온기냉더미 (HTGR) 로 발전했다. 헬륨가스를 냉각수로 사용하여 이산화탄소에 의한 흑연의 부식을 피한다. 금속재료로 만든 연료 껍데기를 취소했는데, 연료는 탄산나트륨과 탄화침 혼합물의 알갱이 (100-400μ m) 이다. 연료 입자는 흑연에 분산되어 연료 요소를 만들어 흑연 블록의 연료 구멍에 넣는다. 이러한 조치로 중성자의 경제이용률과 운행 온도가 크게 높아져 고온기냉더미의 열효율이 40% 이상 높아졌다. 또한 고온기냉로 연료 중의 텅스텐은 증식 원료로 연료 구성요소로 사용할 수 있다.

B. 경수 원자로는 두 가지가 있는데, 하나는 끓는 물 원자로이고, 다른 하나는 수압 원자로입니다. 둘 다 경수를 연화제와 냉각제로 사용한다. 저농도 이산화 우라늄으로 만든 심지를 지르코늄 합금 포격에 연료로 넣는다. 끓는 물 원자로는 추가적인 증기 발생기가 필요하지 않다. 그러나 증기의 방사능으로 인해 증기 터빈 작업장을 차폐해야 하므로 수리의 난이도가 높아진다. 현재 원자력 발전소의 80% 가 압수수인 것으로 집계됐다. 중국의 진산 1 기와 대아만 원전은 모두 이런 부류에 속한다. 95' 기간 동안 진산 2 기 공사, 광둥 원전, 랴오닝 원전 역시 압수수를 사용할 것이다.

C. 중수로 중수로는 천연 우라늄을 연료로, 중수로를 완만제로 하는 일종의 원자로이다. 그것은 캐나다에서 개발한 핵심 원자로로, CANQL 형으로 대표된다. 전체 압력 용기 대신 수백 개의 압력 파이프를 사용하기 때문에 압력 파이프를 대량으로 생산할 수 있어 품질을 보장하기 쉽다. 리액터 용량을 확대할 때는 더 많은 압력관만 있으면 표준화에 도움이 된다. 스태킹을 멈추지 않고 하역재를 실현할 수 있다. 이렇게 하면 연료봉 빔이 균일한 연료 소비 깊이에 도달하는 것을 통제할 수 있어 연료를 최대한 활용하고, 정지 시간을 줄이고, 원자로의 효율적인 활용도를 높일 수 있다. 또 중수원자로는 천연 우라늄을 연료로 사용하며 농축 우라늄 공장을 세울 필요가 없어 분리 능력이 부족한 국가에 특히 유리하다. 95' 기간 동안 중국 진산 원전 3 기 공사는 캐나다에서 중수로 도입될 예정이다. 중수 원자로에 사용되는 중수는 가격이 비싸다.

D. 강철 냉각 고속 원자로 나트륨 냉각 고속 원자로는 나트륨 냉각 고속 중성자 원자로입니다. 원자력 발전에서는 확산 문제를 고려해야 한다. 그렇지 않으면 핵연료 자원의 이용에 매우 불리하다. 증식원자로의 사용은 핵연료 자원을 수백 배로 늘릴 수 있다. 고속 원자로는 중성자를 이용하여 핵분열과 증식을 실현한다. 앞서 언급한 흑연공냉로, 경수로, 중수더미는 모두 열 중성자 더미이다. 각 분열의 경우, 고속 원자로의 중성자 생산량은 열 중성자 더미, 모든 구조보다 높다.

나트륨 냉속더미는 금속나트륨을 냉각수로 사용하는데, 그것은 98 C 에서 녹는다. 883 C 비등하여 대부분의 금속보다 비열과 열전도율이 높고 가격도 저렴하여 원자로 냉각수에 적합합니다.

세계 고속 원자로 발전은 역사가 유구하다. 일본 문수 28 만 킬로와트 고속더미는 5% 정격인 KLOC-0/.4 만 킬로와트를 전력망에 통합한 것으로 알려졌다. 중국 고속 원자로 기술의 발전은 1960 년대 중후반에 시작되어 풍성한 성과를 거두었다. 1987 년 말, 고속더미는' 863' 하이테크 연구 프로그램에 포함됐다. 2065 년에는 단일 추진 전력이 100- 150 MW 이고 2025 년에는 438+000- 1500 MW 인 모듈식 고속 원자로 발전소를 건설하고 보급할 계획입니다.

유형별 원자로는 원전에 대응하는 시스템과 장비에 따라 차이가 크다. 압수수로의 경우 원자력 발전소는 원자로, 1 회로 시스템, 2 회로 시스템 및 기타 보조 시스템으로 구성됩니다. 원자로는 원자력 발전소의 중요한 설비이다. 동시에 원자로가 분열반응을 하고 있기 때문에 방사능의 발원지이기도 하다. 회로 시스템은 원자로, 주 순환 펌프, 전압 조정기, 증기 발생기 및 해당 파이프, 밸브 등의 보조 장비로 구성되며, 핵분열에서 방출되는 열을 증기로 제거하는 폐쇄 루프를 형성합니다. 2 회로 시스템은 증기의 열을 전기로 변환하는 장치로, 원자로나 사고 시 핵증기 시스템의 냉각을 보장한다. 보조 시스템의 주요 역할은 원자로와 회로 시스템의 정상적인 작동을 보장하고, 일부 주요 사고에 필요한 안전 보호와 방사성 물질의 확산을 방지하는 조치를 제공하는 것이다.

중국 원자력 과학기술은 시작이 늦었지만 30 여 년의 노력 끝에 탄탄한 기반을 마련했다. 1960 년대부터 중국은 원자폭탄과 수소폭탄을 성공적으로 폭발시키고 핵잠수함을 발전시켰다. 지금까지 원자력 개발 이용의 기술은 이미 일정한 수준에 도달하여 원자력 건설을 위한 좋은 토대를 마련했다. 중국이 자율적으로 설계한 진산원전 1 기 공사 30 만 킬로와트 압수수호기가 계통 연계 발전에 성공했다. 1993 년 말 광둥 () 대아만 원전 () 이 성공적으로 운영되었다. 1995 년 진산원자력발전소는 22 억 킬로와트시를 생산하고, 대아만 원자력발전소는 이미 1000 억 킬로와트시의 발전 임무를 초과 완수하여 우리나라 원자력 발전량을 1995 년에 6545 에 달했다.

넷째, PWR 막대 모양의 핵연료 요소

원자로의 핵심 구조는 핵분열 반응을 실현하고 핵에너지를 열로 변환하는 원자로의 핵심 부품이다. 동시에 강력한 방사능 원입니다. 코어는 핵연료 어셈블리와 제어봉 부품으로 구성되어 있습니다. 현대 압력수로의 연료는 저농축 우라늄 (우라늄 -235 의 농도는 약 2-4%) 이다.

핵연료 부품 제조의 첫 번째 공정은 작업장에서 일정한 성능 요구 사항을 충족하는 이산화우라늄 분말을 생산하는 것이다. 현재 우리나라는 성숙한 ADU (중우라늄산) 방법을 이용하여 이산화우라늄 분말을 준비하고 있다. 주요 공예는 육불화 우라늄을 증발시키고, 가수 분해하여 불화 우라늄 연마 (UO2F2) 를 생산하는 것이다. 암모니아가 들어 있는 침전조에서 ADU 가루로 변한다. 수소가 이산화 우라늄을 환원하는 두 번째 과정은 이산화 우라늄 분말을 굵은 덩어리로 눌렀다가 소결시켜 일정한 성능 요구 사항과 크기 규격을 가진 원통형 이산화 우라늄 코어로 연마하는 것이다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 수소명언) 조립 공장에서는 이산화 우라늄 코어와 긴 막대 모양의 빈 지르코늄 튜브가 핵연료 요소 막대로 조립되어 막대 안에 일정량의 헬륨가스가 채워져 양끝이 밀봉되어 있다. 그런 다음 정사각형 또는 육각형 그리드 배열로 일정한 배열로 배열하고, 중간에 스프링 클립 배치 격자로 구성요소 막대를 잡고, 상하 양끝에 골조 구성요소의 상하 관석을 고정시켜 막대 연료 구성요소를 형성합니다.

중국은 스스로 핵 부품을 설계하고 제조할 능력이 있다. 1994 년 국영중핵그룹 812 공장은 프랑스 Gemma 에서 진산, 대아만 원전 1 로 연료와 1 로 교체품을 수입하는 데 성공했다. 대부분 이 공장에서 생산한 것이다. 그들의 운행 수치로 볼 때 국산 부품의 품질은 믿을 만하다.

동사 (verb 의 약어) 신기술 및 전망

원자력 발전소 사용에 대한 관심은 핵연료의 방사능, 운행 중인 핵사고, 핵폐기물 처리 등과 같은 핵안전 문제에 집중되고 있다. 미국 1979 삼리도 핵사고와 구소련 1986 체르노빌 사고로 일부 사람들은 원자력에 대한 두려움을 불러일으키고 원자력의 평화적 이용에 그림자를 드리웠다. 전문가의 분석에 따르면 삼리도 사고와 체르노빌 사고는 대부분 인위적인 요인으로 인한 것으로 나타났다. 오늘날 원자력 기술은 이미 성숙 단계에 접어들고 있으며, 특히 고속 중성자 증식로의 사용은 원자력 발전소의 안전계수를 높일 뿐만 아니라 핵폐기물이 적고 핵폐기물이 더 쉽게 처리될 수 있다. (윌리엄 셰익스피어, 핵폐기물, 핵폐기물, 핵폐기물, 핵폐기물, 핵폐기물, 핵폐기물, 핵폐기물, 핵폐기물, 핵폐기물) 게다가, 이 원자로는 오래된 원자로에서 발생하는 소량의 핵폐기물을 처리할 수 있다. 구식 원자로가 연소할 때 발생하는 핵폐기물의 방사성 플루토늄과 플루토늄계 원소를 소각하다. 전문가들은 이 원자로가 높은 작동 신뢰성과 안전성을 갖추고 있어 현재 일부 핵폐기물을 폐기하는 가장 좋은 방법이라고 보고 있다. 현재 국제 원자력계는 고속 중성자 증식로 (고속 원자로) 를 개발하기 위해 노력하고 있다. 이 원자로는 가동할 때 핵연료를 소비하고 열에너지를 생산하며, 다른 한편으로는 새로운 핵연료 플루토늄을 생산한다. 또한 생산량은 소비보다 많아 천연 우라늄 단위 소비를 원래의1/5-110 으로 줄여 원자력 경제를 유지한다. 한편 사고 제거는 주로 핵연료 냉각수 방사성 폐기물 등 핵기술 구성 요소 고유의 기본적인 물리 화학적 성질과 법칙에 의존하는 것이 인류의' 제 2 핵 시대' 의 주요 내포가 될 것이다.

현재 전 세계에 여전히 14 개국이 38 개의 원자력 발전소를 건설하고 있다. 이 사실은 세계의' 에너지 위기' 가 심화되고 생태 환경이 더욱 악화됨에 따라 깨끗하고 안전한 원자력을 사용하는 것이 인류가 피할 수 없는 화제가 될 것임을 보여준다.