원자로와 석탄(천연 우라늄)

1.천연 우랴늄 생산-----석탄생산 지역

우리나라는 석탄생산지 북한이나 강원도 지역에서 많이 생산 되어왔다

 

2.농축 우라늄----천연 우랴늄을 원심분리법으로 생산

농축우라늄을 생산하는 방법으로는 원심분리법이 많이 쓰인다. 기체상태의 6불화우라늄을 원료로 하여 고속회전 중의 원심분리기에 넣으면 음속의 수배정도의 주속(周速)으로 회전동을 돌려 회전동내에 U235와 U238의 질량차에 의해 무거운 U238의 6불화우라늄은 회전동의 원주측에, 가벼운 U235의 6불화우라늄은 축측으로 분리된다.

 

이들의 기체인 6불화우라늄을 회전동내의 가스의 흐름을 흩뜨리지 않고 끄집어 내어는 기술도 필요하다. 분리계수는 원심분리기의 성능에 좌우되는 데 분리된 기체인 6불화우라늄을 능숙하게 끄집어 내는 척도이다. 원심분리법은 가스확산법에 비하여 분리계수가 크며 전력소비량도 적은 이점이 있다. 그러나 원심분리기는 제조와 운전에서 고도의 기술이 필요하다

 

3.고농축 우라늄--농축우라늄의 U235의 존재비가 20% 이상되는 것을 고농축우라늄(HEU, High Enriched Uranium)

 천연우라늄 속에 U235를 필요한만큼의 비율로 농축시키는 기술을 ‘우라늄 농축기술’이라고 하는데 고비율로 농축하는 기술이 확보되어야만 우라늄핵폭탄의 원천기술을 가지게 되는 것이다.

 우라늄 원자폭탄은 U235 비율 93% 이상의 고농축우라늄 주위를 고폭화약이 특별하고 정밀한 형태로 감싸져 발화장치에 의해 고폭화약이 폭발하면서 U235의 핵분열을 일으키는 원리다.

 

4.원자로와 고농축 우라늄,플로토늄 생산

 

플로토늄(원소기호:Pu)은 천연으로는 거의 존재하지 않는데 우라늄광석 속에 극미량으로 존재하는 것으로 알려져 있다. 때문에 플로토늄은 발전용 원자로에서만 얻을 수 있다. 발전용 원자로에는 U235가 3~4%, U238이 96% 함유된 저농축우라늄이 사용되는데 저농축우라늄이 연소(핵분열)하는 과정에서 U238이 중성자를 흡수하여 플로토늄으로 변화되는 것이다.

 

이러한 원리에 의해 발전용 원자로의 ‘사용후핵연료’를 ‘재처리’하여 플루토늄을 따로 추출해낼 수 있다. 진보된 재처리 방법에 대해서는 앞서 필자가 언급한 북한의 리홍섭 박사가 미국의 헤커박사에게 설명한 방법과 같다.

 

플루토늄에는 239, 230, 241, 242 등 여러 가지 동위원소가 있는데 플루토늄 원자폭탄이 되려면 Pu239가 순도 93%이상 되어야 하고, 특히 Pu240의 비율이 6.5% 이내로 작아야 한다. 왜냐하면 Pu240은 스스로 핵분열을 일으키는 성질이 있기 때문에 이것이 많이 포함되면 조기에 핵반응이 일어나 핵폭탄이 불발되는 수가 있기 때문이다.

 

순도 90%이상의 Pu239는 모든 원자로에서 생성되는 것이 아니다. U238은 고속의 중성자는 통과 시켜버려 물성의 변화가 없다. 반드시 저속의 중성자만 흡수하여 Pu239가 된다. 중수형원자로의 냉각수로 쓰이는 중수는 중성자의 속도를 느리게 하는 효과를 낸다. 경수형원자로의 경수는 중성자의 속도를 감속시키지 않아 적합하지 않다

 

 

U235를 이용한 핵폭탄의 경우 임계량(핵분열하는데 필요한 최소한의 양)은 Pu239보다 많다. 따라서 플루토늄폭탄이 우라늄폭탄보다 소형화 할 수 있다. 같은 질량의 탄두라면 우라늄폭탄보다 플루토늄폭탄의 위력이 더 강하다. 그리고 핵폭탄의 위력은 탄두에 탑재된 핵물질의 질량과 관계가 있다.

 

1945년 8월 6일, 미군에 의해 일본 나카사키에 투하된 원자폭탄이 22kt의 플로토늄형 원자폭탄이다. 플로토늄형 원자폭탄은 임계질량이 우라늄형 원자폭탄보다 25%정도로 작기 때문에 소형화에 용이하다. 플로토늄형 원자폭탄의 완성형인 금속플로노늄은 플루토늄 ‘피트(pits)’라고 하는데 수소폭탄의 기폭제로도 사용된다.

(1)원자로와 고농축 우라늄 생산

(2)원자로와 플로토늄 생산

원자로로 천연 우라늄에서 저농축 우라늄을 생산하여 무기화급 플로토늄을 생산한다

핵 폭탄은 석탄이나 천연 우라늄을 고농축으로 생산된 플로토늄화 될 때  소형 미사일 핵탄두나 항공기로 운반할 수 있는소형 원자폭탄이 가능하다

전자 핵폭탄이나 소형 핵탄두 개발은 플로토늄을 고농축하여 무기화할때 가능하다

 

한반도지역은 석탄생산지로 천연 우라늄이 생산되고 있다

그러므로 평화 인류 경제번영을 하기 위해서는 원자로 발전소 개발이 필요하며 고농축 우라늄과 플로토늄 핵 분야  연구 개발이 시급하다