핵연료와 원자력 발전소 전기 생산 에너지

핵연료란 핵분열반응을 통해 원자력발전소에서 전력을 생산하는 데 필요한 에너지를 생산하는 방사성 물질을 가리킨다. 핵연료는 발전과 핵분열을 위해 원자로 내의 중성자를 흡수하여 열을 생성하는 데 필요한 물질이다. 연구용 원자로에서는 핵연료가 핵분열을 유발하여 중성자와 열을 생성하는 물질로 사용된다.

현재 국내 원전은 가압경수로형과 가압중수로형으로 가동되고 있으며, 경수로형에서는 우라늄235함량 3~5% 농축우라늄을 연료로 하고, 우라늄235함량 0.7%를 중수로형 천연우라늄으로 사용하고 있다. 또한, 대부분의 연구에서 핵연료로 20% 농축 우라늄을 사용했지만, 초기 단계에서는 농축 우라늄의 90% 이상이 사용되었다. 핵연료는 원자력 발전소의 가장 중요한 요소이며, 약 2,850°C의 용융온도를 갖는 화학적으로 매우 안정한 화합물인 소결 물질인 UO2를 가진다.

이산화 우라늄 소결체는 핵분열 중에 생성된 방사성 물질을 안전하게 포착하는 주요 장벽 역할을 한다. 소결체를 덮는 핵연료 코팅은 방사성 물질이 냉각수에 누설되지 않도록 하는 2차 장벽으로도 기능하다. 반면 연구로의 대부분은 열 출력이 많지 않은 데다 작동온도가 낮아서 애초에는 90% 이상의 알루미늄과 고농축 우라늄 합금이 연료로 쓰였다.

그러나 이후 농도를 20%로 줄인 우라늄과 실리콘 합금이 주로 쓰인다. 국내 연구로 '화랑'도 이러한 연료봉을 사용하고 있는데 최근 핵연료 성능을 향상한 우라늄과 몰리브덴 합금연료가 개발돼 부산의 기장 구에서 건설 중이며 우라늄과 몰리브덴 합금연료가 사용된다.