핵 영역의 선구적인 연구 개발은 핵무기를 만들기 위해 수행되었다. Thorium의 핵분열은 부산물, 우라늄, 이중 목적 핵연료로 Plutonium (핵무기에 사용 된 요소 중 하나)을 생산하지 않기 때문에 우선했습니다. 그러나 국가들은 마침내 Thorium의 안전 측면을 핵연료로 이해하기 시작했으며 Thorium 기반 원자로 개발을 시작했습니다.
최근에 쇼 chernobyl 에서 빙빙을 한 후 , 나는 Google의 토끼 구멍에 깊은 곳을 발견하여 원자로의 신비와 그들이 어떻게 작동하는지 파고 들었다. 나는 곧 현대 인류 역사가 핵 사고로 가득 차 있음을 발견했다. 1954 년 최초의 원자력 발전소가 시작된 이래로, 100 개가 넘는 심각한 핵 사고가 있었는데, 각각은 인간과 동물의 수천 명 또는 수백만의 삶에 영향을 미쳤습니다.
이 사고의 핵심에는 우라늄이 있으며,이 시점에 구축 된 모든 원자로에서 1 차 핵 연료로 사용 된 요소입니다. 그러나 놀랍게도, 나는 실제로 thorium 의 형태로 우라늄에 대한 더 좋고 잠재적으로 더 안전한 대안이 있다는 것을 알았습니다. .
이로 인해 우라늄 대신 토륨을 사용하여 핵 사고의 긴 목록과 그 결과를 피할 수 있을까요? '.
토륨
원자로의 작동 방식?
초기 핵 과학자들에게 Thorium 대신 우라늄을 사용한 것에 대한 비난을 던지기 전에, 원자로의 운영 방식을 간단히 살펴 보겠습니다.
.원자로는 핵분열 동안 방출 된 에너지를 활용하여 작용하며, 이는 더 큰 핵이 2 ~ 3 개의 작은 핵으로 분할되어 많은 양의 열과 중성자를 방출하는 화학 반응. 핵분열 동안 방출 된 열 에너지는 물을 증기로 증발시키는 데 사용되며, 터빈을 가동하고 열 에너지를 전기 또는 기계적 에너지로 변환하는 데 사용됩니다. 단순 해요? 글쎄, 전체 프로세스는 실제로 보이는 것보다 훨씬 더 복잡하며 안전하게 관리하기 위해서는 많은 관심과 전문 지식이 필요합니다.
원자력 발전소의 작업.
화학적 측면에만 집중하면서 농축 우라늄은 대부분의 반응기에서 핵분열을 겪는 물질 (핵 연료)입니다 (일부 원자로는 Mox, 플루토늄의 혼합 및 일부 형태의 우라늄을 핵 연료로 사용합니다). 지구에서 발견되는 우라늄의 약 99%는 238U, 비 후양 동위 원소 인 반면, 1% 미만은 235U, 핵심 및 더 가치있는 우라늄 동위 원소입니다. 동위 원소 분리와 같은 기술의 구현을 통해 농축 우라늄은 전체 혼합물에서 235u의 증가 된 비율을 포함합니다.
강화 된 우라늄이 중성자로 폭격되면 핵분열 반응이 시작됩니다. 충격에 따라, 235U는 더 작은 핵으로 나누고 고 에너지 중성자를 방출하기 시작합니다. 고 에너지 중성자는 다른 235u 원자에 의해 흡수되어 원자로 내부의 연쇄 반응을 일으킨다. 감마 방사선 및 추가 중성자의 방출과 함께 많은 양의 열 에너지가 공정에서 방출됩니다.
생성 된 열 에너지의 양은 이러한 사슬 된 핵분열 반응의 속도에 따라 다릅니다. 이 사슬 반응의 속도와 범위를 포함하는 것은 원자로와 핵무기 사이의 경계를 이끌어냅니다.
원자력 에너지의 1 차 사용
최초의 원자력 발전소가 개발되기 오래 전에 원자력은 원래 파괴적인 목적으로 활용되었습니다. 미국 정부가 의뢰 한 무기 연구 개발 이니셔티브 인 맨해튼 프로젝트는 최초의 핵무기를 공개함으로써 원자력의 사용을 개척했다. 1939 년에 설립 된 맨해튼 프로젝트는 1945 년 최초의 핵무기 (삼위 일체 시험으로 알려진 시연)의 폭발로 세계를 무서워했다. 한 달 후, 같은 나라는 히로시마와 나가사키의 악명 높은 폭격으로 인해 일본의 역할을 효과적으로 종식시켜 핵무기의 거대한 파괴적인 잠재력을 더욱 확립했다.
.그러한 파괴적인 능력을 가진 적 국가에 대한 두려움으로 인해 제 2 차 세계 대전에 관련된 다른 국가들이 핵 영역에 대한 개별 연구를 시작하게되었습니다. 그 뒤에는 상업적 원자력의 발전보다는 핵무기 생산이 급증했다.
소비에트 연방, 영국, 프랑스 및 PRC, 인도와 파키스탄이 뒤 따르는 것은 수년에 걸쳐 핵무기를 개발했습니다. 북한과 이스라엘을 포함한 다른 국가들도 핵무기를 개발 한 것으로 여겨진다. 핵무기를 개발 한 또 다른 나라는 남아프리카이지만 자발적으로 모든 핵무기 주식을 파괴하고 1990 년대에 추가 생산을 중단했습니다.
버섯 구름은 첫 번째 성공적인 핵무기 (Trinity Test)가 폭발 한 후 형성되었습니다. (사진 크레디트 :미국 에너지 부/위키 미디어 커먼즈)
왜 우라늄?
풍부한 우라늄은 235u의 증가 된 비율을 포함 할 수 있지만, 상당한 양의 238U를 유지합니다. 238U, 반응기에 떠 다니는 고 에너지 중성자 중 하나를 흡수 할 때, 239U로 변환하기 전에 Neptunium-239 및 Plutonium-239와 같은 다른 방사성 화합물로 붕괴되기 전에 239u로 변환한다. 두 딸 제품의 후자는 원자력과 발전에 관한 모든 사람들에게 흥미를 느꼈습니다.
제 2 차 세계 대전의 절정에서 발견 된 과학자들과 국가들은 플루토늄 -239의 파괴적인 잠재력을 빠르게 파악했습니다. 나가사키에서 떨어진 원자 폭탄은‘Fat Man’이라는 플루토늄 -239 폭탄이었고, 히로시마에서 떨어진 사람은 우라늄 -235 폭탄이었습니다. Plutonium-239는 모든 핵 연료의 가장 임계 질량이 가장 작습니다. 즉, Plutonium은 최소량의 물질과의 연쇄 반응을 유지할 수 있습니다.
그러나 거의 모든 플루토 늄은 인공적인 것이며 지구의 지각에서 무시할 수있는 양만 채굴 할 수 있습니다. 우라늄 -238이 중성자와 상호 작용하는 원자로 내부에있는 플루토늄 -239를 발견하는 유일한 장소. 미국에서는 Savannah River 부지와 Hanford의 원자로가 Plutonium-239의 생산을 위해 설립되었습니다.
한편, 토륨의 핵분열은 부산물로서 플루토늄 -239를 생성하지 않는다. Thorium 연료 사이클 (위에 표시된)은 일련의 붕괴를 통해 232 위로 233U의 변형으로 시작합니다. 233U는 계속 해서이 원자로에서 핵 연료의 역할을 수행합니다. 토륨 연료 사이클은 또한 플루토늄을 생성하지만, 무증할 수없는 동위 원소 (플루토늄 -238). 233U는 핵무기에도 사용될 수 있지만 혼합물에서 232 번째 존재는 그 능력을 무효화합니다.
이 모든 것을 함께 측정하기 위해 Thorium은 무기화 될 수 없으며, 이는 2 차 세계 대전 이후 여러 국가에서 이중 목적 우라늄 원자로의 연구와 개발이 권장되었다는 것을 의미했습니다. 토륨 원자로에 대한 그들의 의견과 격려를 표명 한 연구원들은 각자의 단체에서 추방되거나 아이디어가 노동 조합의 군사 사용에 유리하게 해고되었습니다.
.핵 연료로서 우라늄 대 토륨
무증할 수없는 핵연료와는 별도로, Thorium은 몇 가지 다른 방법으로 우라늄을 능가합니다!
토륨은 우라늄보다 3 배 더 풍부하며 우라늄 -235와 같이 재 처리되거나 풍부 할 필요가 없습니다. 추정에 따르면 미국에는 1,000 년 동안 (현재 에너지 수준에서) 국가에 힘을 발휘하기에 충분한 토륨이있을 것으로 예상됩니다. 또한, 토륨 광석은 각 광석에서 발견되는 우라늄의 양보다 더 많은 토륨을 함유하여 토륨 채굴을보다 비용 효율적이고 환경 친화적으로 만듭니다.
.안전 측면과 관련하여, 토륨 원자로는 우라늄 등가보다 적은 핵 폐기물을 생성 할 것이다. 핵 폐기물의 방사능은 또한 수백 년 후에 안전 수준으로 감소 할 것으로 예상되는 반면, 현재 원자로에 의해 생성 된 핵 폐기물은 수천 에 대한 방사성을 유지한다. 몇 년 동안. 이것은 소비 된 연료와 폐기물 관리 비용을 줄입니다.
더 중요한 것은, Thorium은 비옥 한 물질이지만 Fissile은 아닙니다. 비옥 한 요소는 자체적으로 핵분열 반응을 겪지 않지만 원자로의 조사시 균열 물질로 전환 될 수 있습니다. 이것은 중성자 소스를 간단히 끄면 토륨 반응기가 거의 즉시 종료 될 수 있음을 의미합니다.
최종 단어
전통적인 우라늄 원자로에 대한 몇 가지 알려진 혜택으로 인해 왜 세계가 Thorium Reactors가 최고를 지배하지 않았습니까? 미덕으로 인해
라이센스 및 연료 제조를위한 자본의 요구 사항과 함께 토륨으로 전환하기 전에 많은 연구, 실용적인 작업 및 테스트를 수행해야합니다. 또한“핵”이라는 단어는 우라늄과 동의어가되었으므로 대중과 일부 핵 영역 당국에 의해 더 안전한 대안의 가능성이 들어 본 적이 없다.
.그러나 많은 국가들이 Thorium 기반 원자로의 연구 및 개발을 시작함에 따라 변화에 대한 희망이 있습니다. 2050 년까지 Thorium Reactors를 사용하여 국가의 전기 요구의 30%를 충족시키기위한 3 단계 계획을 세우는 반면, 전 세계는 2050 년 초에 최초의 상업용 토륨 원자로를 2025 년 초에 볼 수 있습니다. 캐나다, 중국, 노르웨이, 영국 및 미국과 같은 다른 국가들도 Thorium 's Clean and Safer 원자력 에너지를 활용하기위한 조치를 취하고 있습니다.
이전에 묻는 질문에 관해서는 - 많은 핵 재난으로 인한 결과와 피해를 피할 수 있습니까? 어쩌면 그래. 어쩌면 아니요…하지만 입증 된 안전한 대안을 선호하는 것은 확실히 도움이되었을 것입니다!
