한국수력원자력 상식

한수원 상식

1. 원자 폭탄? 원자력 발전은 우라늄을 연료로 사용합니다. 자연상태의 우라늄은 대부분의 우라늄-238과 일부의 우라늄-235가 섞여 있는데, 연료로 이용할 수 있는 것은 우라늄-235입니다. 따라서 우라늄-235를 3~5%정도 모은 뒤 성형 가공을 통해 실제 연료로 사용할 수 있는 펠릿을 만듭니다. 원자폭탄과 가장 큰 차이점은 원료의 농도 차이인데요. 원자력 발전에 쓰이는 연료는 우라늄-235가 저농축이고 핵폭탄에 쓰이는 우라늄의 농도는 90%가 넘습니다. 맥주와 알코올램프의 원료가 같은 것처럼 원료만 같을 뿐 전혀 다른 작용을 합니다. 펠릿은 새끼손가락 한마디 정도 크기에 약 5g 무게의 원통형 모양이며, 400개의 펠릿을 연료봉에 넣고 연료봉을 다발 형태로 묶으면 원자력발전소에서 사용하는 원료 집합체가 됩니다. 펠릿 1개(5g)가 생산할 수 있는 전력량은 약 1,600kWh이며 이는 우리나라 1가구(4인)가 8개월간 사용할 수있는 전력량입니다. 

2. 일본 원전 위험? 첫 번째 차이점은 원자로 종류부터가 다르다는 것입니다. 후쿠시마 원전의 경우 원자로 안에서 직접 물을 끓여 수증기를 만들고, 다시 원자로 안에 냉각수를 직접 넣어 열을 식히는 방식으로 만들어졌다. 이를 비등 경수로 방식이라고 부르는데, 비등이란 ‘액체가 끓다’는 뜻의 한자어이다. 우리나라의 원전도 원자로 안에서 핵분열로 생긴 열로 수증기를 만드는 것은 같다. 그러나 좀 더 자세히 살펴보면 냉각수와 수증기를 발생하는 곳이 원자로 밖에 위치하며 별도의 통로를 갖는다는 점은 후쿠시마 원전과 큰 차이다. 특히 우리나라 원전에선 물의 압력을 높여(가압) 증기를 만들고, 그 힘으로 터빈을 돌린다. 그래서 이름도 가압 경수로 방식이라고 한다. 두 번째의 차이점은 우리나라 원전은 지진해일로 인해 전기가 끊기더라도 증기발생기를 이용한 원자로심의 냉각이 가능하다는 점입니다. 혹여나 냉각기능이 상실되어 원자로에서 다량의 수소가 발생되어 원자로 건물로 나오더라도 원자로 건물의 내부 부피가 일본 후쿠시마 원자로의 5배나 되고, 무 전원 수소제거설비가 설치되어 있어 원자로 건물의 수소폭발 가능성은 희박합니다. 5중 방호벽으로 이루어져 있는 원자로는 비행기와의 충돌에도 끄떡없다고 하네요. 가장 외벽인 제5방호벽은 120cm 두께의 철근콘크리트로 되어있다고 하니 감히 튼튼하다고 자부할 수 있습니다. 설계비용의 30%는 안전을 위해 사용한다는 원칙. 

3. 원자력 발전의 원리원자력 발전은 우라늄의 핵분열을 이용해 열을 내어 그 열을 가지고 터빈을 돌려 전기를 생산하는 것입니다. 즉, 우라늄235가 중성자를 흡수 → 원자핵이 2개로 분열되면서 열에너지 및 2~3개의 중성자 생성 → 이때 생긴 중성자가 또 다른 원자핵에 흡수되며 분열이 반복됨 (핵분열 연쇄반응)→ 핵분열 연쇄반응에서 발생하는 열을 이용하여 고온 고압의 수증기를 만들며 이 수증기를 이용하여 터빈을 돌려 전기를 생산.핵분열의 연쇄 반응을 적당한 수준으로 낮추는 방법은 크게 두 가지로 나뉜다. 핵과 부딪쳐 분열을 일으키는 중성자의 수와 충돌 속도를 조절하는 것이다. 이 가운데 중성자 수를 조절하는 역할은 기다란 봉과 같은 ‘제어봉’이 맡는다. 그리고 중성자의 속도를 느리게 해주는 일은 속력을 줄인다는 뜻을 가진 ‘감속재’가 담당한다.원자로의 구조를 말할 때, 냉각재가 흐르는 길(관)은 흔히‘1차 계통’이라고 부른다. 1차 계통은 원자로와 원자로 냉각재 펌프, 증기 발생기, 가압기 등으로 구성된다. 원자로 안에서 데워진 냉각재가 이 길을 통해 증기 발생기로 가서 차가운 물을 끓여 증기를 만든다. 이때 나오는 증기의 압력으로 발전기와 연결된 터빈을 돌리는 것이다. 2차 계통의 시작 지점은 증기 발생기로, 1차 계통과 서로 맞닿아 열을 주고받는다. 그렇기에 1차 계통안의 방사능 물질이 2차 계통으로 옮겨가는 것을 막기 위한 벽이 설치돼 있다.여기서 냉각해수는 바닷물 을 말합니다. 원자력 발전소가 해변에 있는 이유도 이 때문입니다. 이 바닷물은 원자로에 직접적으로 닿지 않고, 뜨거워진 증기를 식혀서 제 사용하기 위해 간접적으로 쓰입니다. 즉, 바닷물은 다른 불순물과 전혀 섞이지 않으며 증기만 식혀주는 역할을 합니다. 

4. 경수로 / 중수로 수돗물과 같은 경수와 그보다 더 무거운 물인 중수는 모두 수소와 산소로 이뤄져 있다. 중수의 경우 수소 알갱이가 경수에 든 것보다 더 무겁기 때문에 실제로 무게를 재어 보면, 같은 부피의 중수가 경수보다 약 1.2배 정도 무겁다고 한다. 원자력 발전소는 감속재의 종류에 따라 크게 경수로와 중수로, 그리고 흑연로의 3가지로 구분한다. 그리고 이들 원자력 발전소는 사용하는 핵연료가 각기 다르다. 경수로의 경우 우라늄을 농축한 핵연료를 사용하지만, 중수로의 경우 천연 우라늄을 그대로 사용하는 것이다. 경수나 중수는 중성자와 결합력에서도 차이를 보인다. 중수는 중성자와 잘 결합하지 못하지만, 경수는 중성자와 잘 결합하는 성질을 가졌다. 경수로는 일반적으로 농축 우라늄 연료를 교체할 때 원자로를 완전히 정지시킨 뒤 교체를 해야 한다. 이에 비해 중수로는 매일 일정량의 천연 우라늄을 교체하면 되기에 365일 발전을 중지할 필요가 없다. 더불어 경수로는 천연 우라늄을 농축하는 시설이 따로 필요하다. 하지만 우리나라의 경우, 이 같은 농축 공장을 갖고 있지 않아, 핵연료를 모두 수입해야 한다. 그럼에도 불구하고 경수로의 수가 많고, 표준형 원저마저 경수로 방식을 채택한 배경에는 핵무기 개발을 원천적으로 하지 않겠다는 뜻이 담겨 있다. 

5. 우라늄 사용 과정 한국수력원자력은 지난 2010년 아프리카의 니제르와 우라늄 정광 도입 장기 계약을 맺음으로써 안정적인 원전 연료를 확보할 수 있게 됐다. 현재 우리나라가 1년에 소비하는 우라늄 양은 약 4000t 정도 정광은 천연 우라늄에서 불순물을 없애고 핵분열에 적당한 순수 우라늄의 비율을 높이는 과정 또는 이 과정을 통해 탄생한 우라늄을 말한다. 이를 통해 약 70% 이상의 우라늄이 들어간 노란 분말의 산화우라늄이 만들어진다. 변환은 우라늄 정광을 농축할 수 있도록 기체 상태(UF·6불화 우라늄)으로 바꾸는 공정이다. 농축은 핵분열의 연쇄 반응을 일으키는 우라늄 235의 함유량을 높이는 과정이다. 선행 주기란 앞의 3단계에 이어 펠렛과 연료 집합체를 만들고, 이를 원자로에 넣는 과정까지를 뜻한다. 후행주기는 원자로에서 모든 핵분열을 마친 연료(이를 ‘사용 후 연료’라고 부른다)를 방사성 폐기물로 처분하거나, 재처리 과정을 거쳐 다시 연료로 사용하는 과정이다.  

6. 방사성 폐기물 1) 임시저장 방식  가동원전 내에 새로운 저장시설을 추가 설치, 보관하는 것과 원전이 없는 지역에 전용 통합저장시설을 별도로 짓는 것에 대해 의견이 나뉘고 있기 때문이다.  원전 내부 저장은 사용 후 핵연료를 냉각수조에서 꺼낸 후 발전소 내에 새로운 저장시설을 설치, 저장하는 방식을 말한다. 운반과정을 생략해 방사능 누출 리스크를 줄이는 장점이 있으나 원전 주변지역 주민들의 불안감이 가중된다는 점에서 한계가 있다.  반면 외부 저장 방식은 별도로 특수 제작된 통합시설에 보관하는 것으로 관리비용 및 효율성 측면에서 우세하다. 하지만 별도 처분시설 건설로 또다시 사회적 갈등을 초래할 수 있다는 점, 그리고 어차피 영구처분시설이 마련되면 최종적으로 다시 한 번 운반해야 한다는 점에서는 단점이 분명히 존재한다. 2) 중간저장  영구처분 전에 방사능 및 열을 낮추는 과정  습식저장 방식은 원전내 거대한 수조에 폐연료봉을 저장, 물로 열을 냉각시키고 방사선을 차폐하는 방법(수냉식)이며 건식저장은 열을 공기로 냉각시키고 방사선은 콘크리트나 금속을 이용해 차폐하는 것(공냉식)이다. 3) 영구처분  인간의 생활권이 미칠 수 없는 심지층에 폐연료봉을 매립하는 것이다.  단순히 땅 속에 넣는 것이 아니라 부식과 압력에도 견딜 수 있도록 특수 제작된 처분용기에 넣고 밀봉해 지하 500~1000m 깊이의 암반층에 영구 보관하게 된다. 그러나 우리나라에서는 아직 영구처분 시설이 없다. 더 정확히 말하자면 영구처분 시설의 건설 논의는 현재까지도 진행 중이다. 

7. 수력발전 물이 보유하고 있는 에너지를 기계적인 에너지로 바꾸는 수력원동기. 즉, 회전기계입니다. 수차는 물이 갖는 에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 방법에 따라 충동수차(고낙차, 소유량)와 반동수차(저낙차, 대유량)로 나뉩니다. 충동수차 방식에는 펠톤 방식이 있고, 반동수차 방식에는 프랜시스방식, 카플란방식, 프로펠러방식이 있습니다. 첫째, 발전연료 수입대체 효과가 뛰어나고 물을 자원으로 사용하기 때문에 무공해 청정에너지입니다. 둘째, 자체 기동 및 상대적으로 짧은 시간 내에 전출력 송전이 가능합니다. 그래서 정전이 일어났을 때 빠른 시간 내에 전기를 공급할 수 있습니다. 셋째, 부하에 대한 속응성으로 첨두 부하를 담당합니다. 넷째, 원자력이나 화력 계통 사고 시 예비력을 갖추고 있습니다. 그래서 비상 시 안정적인 전기공급이 가능합니다.