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우라늄의 일생

원자력 발전의 원료, 우라늄의 일생

우라늄 광석에서 핵연료가 되기까지

한 눈에 보는 우라늄의 일생

아래의 내용을 참고바랍니다.
  • 01 채광

    우라늄은 자연계에 존재하는 원소로 주로 땅 속에 묻혀 있기 때문에, 우라늄이 포함된 광석을 채굴합니다. 이때 보통 우라늄이 0.1% 이상 존재하는 경우 경제성이 있는것으로 평가됩니다.

  • 02 정련

    채굴한 우라늄 광석에는 불순물 등이 있어 화학적 여과(정련) 과정을 거치게 됩니다.정련 과정을 거치면 노란색이나 연한 갈색을 띄는 가루 형태의 순수한 우라늄을 얻게 됩니다. 이를 우라늄 정광 혹은 Yellow cake라고 부릅니다.

  • 03 변환 및 농축

    자연에 존재하는 우라늄은 질량수(원자핵 1개에 들어있는 핵자의 수)에 따라 우라늄-238 약 99.2%와 우라늄-235 약 0.715%, 우라늄-234 약 0.0058%로 이뤄져 있습니다.
    이 중 핵분열이 가능한 물질은 우라늄-235입니다. 중수를 사용하는 원자력 발전소에서는 0.7%의 우라늄-235를 그대로 사용할 수 있지만, 경수를 사용하는 발전소 에서는 우라늄-235의 비율을 2~5%로 높이는 농축 과정이 필요합니다.
    이를 위해 Yellow cake를 기체인 육불화우라늄(UF6)으로 변환시킨 후, 우라늄-235와우라늄-238의 무게 차이를 이용한 원심분리법이나 기체의 속도차를 이용한 기체확산법 등을 활용해 우라늄-235를 분리하고 농축합니다.
    농축된 우라늄은 핵연료로 사용되도록 분말 형태인 이산화우라늄(UO2)으로 재변환됩니다.

  • 04 핵연료 제조

    이산화우라늄(UO2) 분말을 원자로에 사용하기 적합한 형태로 핵연료를 제조하는 공정입니다.
    우선 분말 형태의 이산화우라늄을 단단한 세라믹 형태로 만듭 니다. 지름 8mm, 높이 1cm의 원기둥 모양으로 만드는데. 이를 핵연료 소결체 또는 펠렛이라고 합니다. 이렇게 만들어진 펠렛을 복관이라는 통에 넣어 핵연료봉을 만들고, 이 핵연료봉을 묶어 핵연료 집합체를 만듭니다. 1개의 펠렛은 4인 가족이 8개월간 사용할 수 있는 전력량인 1,600kWh의 전기를 생산할 수 있습니다.
    연료봉 1개 당 약 385개의 펠렛이 들어가며, 핵연료 집합체 1개 당 약 236개의 연료봉이 들어갑니다.
    1,400MW급 원자력 발전소에는 이 집합체가 241개가 장착됩니다.

  • 05 원자로 장전

    핵연료가 한번 장전되면 3~5년간 연소하며, 이후 단계별로 핵연료를 교체합니다.
    중수로형 발전소의 경우 경수로형 발전소와 달리 천연 우라늄을 원료로 사용해 매일 연료를 교체합니다.

  • 06 파이로 재활용 공정 및 소듐냉각고속로

    수명이 다한 핵연료(사용후핵연료)를 재활용하는 기술입니다.
    자세한 내용은 한국원자력연구원이 개발 중인 원자로에서 확인할 수 있습니다.

  • 07 임시 저장 및 영구처분

    사용후핵연료에는 우라늄의 핵분열 연쇄반응 과정에서 생성된 방사성 물질들이 다량 포함돼 있어 매우 강한 방사선을 냅니다.
    따라서, 일정 기간 원자력 발전소 내부 저장소에서 열을 식힌 뒤 임시 저장 시설 혹은 영구 처분 시설에 보관됩니다. 우리나라는 사용후핵연료 처리에 관한 국가정책을 정하기 위한 논의가 진행중으로, 현재는 발전소 내부의 저장소에 저장돼 있습니다.

담당부서
과학문화소통팀
담당자
김충환
연락처
042-868-4946

최종수정일2019.01.09

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