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우라늄의 미스터리: 천연 우라늄의 0.7%만이 전기를 생산하는 데 사용될 수 있는 이유는 무엇입니까?
청정 에너지에 대한 전 세계적인 수요가 증가함에 따라 우라늄은 원자력 발전의 중요한 연료로 다시 한 번 관심을 끌고 있습니다. 그러나 우라늄을 언급할 때, 많은 사람들은 자연에서 추출한 우라늄의 함유량이 그토록 높으면서도 단지 0.7%만이 전기를 생산하는 데 사용될 수 있는지 이해하지 못할 수도 있습니다. 우라늄의 동위원소 조성과 그 농축 과정을 이해하면 원자력 에너지의 작동 메커니즘을 더 잘 이해할 수 있습니다.
우라늄의 동위원소 조성
천연 우라늄은 주로 우라늄-238(238U, 99.27%를 차지), 우라늄-235(235U, 단지 0.7%를 차지) 등 세 가지 동위원소로 구성됩니다. 우라늄 - 234. 효율적인 핵분열 반응은 235U에 의해서만 시작될 수 있습니다. 천연 우라늄에서 235U가 그토록 작은 비율을 차지하지만 우리는 여전히 이를 원자력 에너지에 사용하고 있습니다. 전기를 생산하는 열쇠.
우라늄 농축과정
우라늄을 사용하여 전기를 생산하려면 먼저 우라늄을 농축해야 합니다. 우라늄을 채굴한 후 우라늄 광석에서 우라늄을 추출하기 위해 분쇄 공정을 거친다. "노란 케이크"로 알려진 이 과정에서 나온 생성물에는 약 80%의 우라늄이 포함되어 있지만 이는 여전히 효과적인 핵분열에 필요한 농도보다 훨씬 낮습니다.
우라늄 농축 과정에는 우라늄을 원래의 저농도 상태에서 원자로에 사용하기에 더 적합한 고농도 상태로 변환하는 과정이 포함됩니다.
추가 단계에서는 필요에 따라 우라늄이 이산화우라늄이나 육불화우라늄으로 전환되어 더 농축될 수 있습니다. 현재 상업적인 농축 방법에는 가스 확산과 가스 원심분리라는 두 가지 주요 방법이 있으며, 둘 다 극도로 에너지 집약적입니다.
우라늄 재처리의 어려움
원자력 이용이 늘어나면서 또 다른 기술인 재처리우라늄(RepU)도 주목받고 있다. 이 공정은 우라늄-236과 같은 불리한 동위원소를 포함하고 추가적인 관리와 모니터링이 필요하지만 사용후 핵연료에서 사용 가능한 우라늄을 추출합니다.
우라늄의 등급
우라늄은 농축 정도에 따라 저농축 우라늄(LEU), 고농축 우라늄(HEU) 등 다양한 종류로 나눌 수 있습니다. 다양한 산업 분야에서는 서로 다른 농도의 우라늄이 필요하며, 거의 모든 상업용 및 군사용 원자로는 농축 우라늄을 사용합니다.
실제로 저농축 우라늄에는 보통 3%~5%가 함유되어 있는 반면, 고농축 우라늄에는 군사용 핵심 부품인
235U가 20% 이상 함유되어 있습니다.
우라늄 농축방법
우라늄 농축 과정은 동위원소가 거의 동일한 화학적 특성을 갖고 있고 기존 방법으로는 분리할 수 없기 때문에 매우 까다롭습니다. 가스 확산 및 가스 원심분리는 현재 주류 농축 기술이며 각각 고유한 장점과 단점이 있습니다.
이중 가스 원심분리법은 효율이 높고 에너지 소비가 적기 때문에 점차 가스확산법을 대체해 주류 선택이 되고 있으며, 가스확산법은 시대에 뒤떨어진 기술로 평가받고 있다. 에너지 비용이 증가함에 따라 레이저 분리 방법과 같은 새로운 기술 개발의 필요성이 증가하고 있습니다.
우라늄의 미래
미래를 대비하여 우라늄의 용도는 계속 업데이트되고 변경될 수 있습니다. 신에너지, 원자력에 대한 연구가 심화됨에 따라 우라늄 농축 및 재처리 기술도 계속해서 혁신을 이어갈 것입니다. 이는 원자력 에너지의 공급과 안보뿐만 아니라 글로벌 에너지 패턴과 환경의 지속 가능한 발전에도 영향을 미칩니다.
우라늄 농축 및 사용의 모든 단계는 인간과 환경에 잠재적인 위협이 되지 않도록 주의 깊게 처리되어야 합니다.
에너지 안보와 지속 가능한 기술 개발을 보장하는 동시에 우리는 다음 사항에 대해서도 끊임없이 생각해야 합니다. 세계가 저탄소 에너지 전환을 촉진하는 가운데 우라늄은 여전히 원자력 발전에 이상적인 선택일까요?
