플루토늄 재처리

 

* 플루토늄 재처리

 

 

풀루토늄239는 천연에는 존재하지 않는 원소이며, 원자력발전에서 우라늄연료중 핵분열하기 어려운 우라늄238이 중성자를 흡수해서 최종적으로는 풀루토늄239로 되어 핵분열성물질로 변환한다. 사용후연료의 재처리에 의해 

회수된 풀루토늄239는 다시 연료로서 사용이 가능하게 된다.

 

 

현재의 원자력발전(경수로)에서는, 핵분열 하기 쉬운 우라늄235를 0.7%에서 3~5%로 농축한 연료가 이용되고 있다. 연료중의 우라늄235이외의 핵분열하기 어려운 우라늄238은 중성자를 흡수해서 우라늄239로, 다시 넵투늄239를 거쳐 풀루토늄239라는 물질로 변한다.　　　

ｎ＋Ｕ－238→Ｕ239→→Ｎｐ239→→Ｐｕ239　　　　　　　　

 β－（23.5분）β－（2.35일）사용후연료를 재처리하면 풀루토늄을 회수할 수 있다. 보통 경수로에서 우라늄연료를 연소시킨 경우에는 타고남은 우라늄235, 타고남은 찌꺼기인 핵분열생성물, 거기에 우라늄238로부터 생성된 풀로토늄239가 남게된다.

 

연소가 여느정도 진행된 여료의 재처리에서 얻을수 있는 풀루토늄 동위체는 풀루토늄239가 가장 많고, 풀루토늄240, 241, 242, 238의 순으로 이에 이어지는 동위체 조성으로 된다. 이중 질량수가 239, 241이 핵분열성물질이며, 238,240,242가 어미물질이다.

 

핵연료물질로서 잘 알려져있는 핵분열성의 풀루토늄239는 원자로내에서 우라늄238이 중성자를 흡수함으로써 생성되는 인공원소인 알파 방사성핵종(반감기 약2만4천년)이다.한 개의 핵분열성물질이 핵분열했을때 발생한 중성자가 어미물질에 흡수되어 새로이 핵분열성물질이 1개이상 만들어지는 조건의 원자로를 증식로라 부르고 있다.풀루토늄239는 중성자의 운동에너지 E가 0.1eV이하이며, 분열에 의한 중성자의 발생수가 2보다 조금 많으며,

10＊＊4eV를 초과하면 발생수가 2를 초과하고, E가 증가하면 분열에 의한 중성자의 발생수가 단조로이 증대한다.

 

우라늄238과 풀루토늄239의 핵연료사이클에서는 고속중성자를 감속시키지 않고 사용하는 고속증식로로서 이용할 수 있다.핵분열하기 어려운 우라늄238은 사용후연료중에서 풀루토늄239로 변해져 있지만 그 자신 핵분열성물질이기 때문에 그대로 고준위방사성폐기물로서 엄중하게 지층처분하는것이 아니고, 자원을 유효하게 활용하기위해 사용후연료로부터 풀루토늄239를 회수하여, 농축해서 불필요하게 된 우라늄(열화우라늄)과 섞어서 다시 연료(MOX연료)로 가공하면 국산의 에너지자원으로 할 수가 있다.

 

이미 일본에서도 쓰루가 1호기, 미하마 1호기의 두개 원자력발전소에서 MOX연료를 이용한 실적이 있으며 그 안정성은 확인되어 있다.  우라늄자원을 가지지 않는 일본에서는 사용후연료를 재처리해서 유용자원을 회수하고, 새로운 연료로서 이용하는 핵연료사이클을 원자력개발이용의 기본방침으로 하고있다.

 

유효이용의 가능성이 있는 풀루토늄을 이용목적이 없는 상태로 그냥 계속 보유한다는 것은 안전보장상 할수없는일이므로 풀루토늄을 기존의 원자력발전소(경수로)의 연료로서 사용하는 풀루서멀(풀루토늄 열중성자로 이용)을 몇 개의 원자력발전소에서 계획하고 있다

 

또한, 경수로용 우라늄연료인 경우, 이 풀루토늄 중의 일부는 다시 핵분열에 의해 열을 발생하고 있으며 연소에 기여하는 것으로 된다. 일반적으로는 원자로에서 발생하는 에너지의 30%정도가 풀루토늄의 연소에 의한 것으로 알려져 있으며 이미 풀루토늄의 연소는 보통 경수로에서도 이루어지고 있는것이다.