발전용 원자로를 구성하는 기본 요소 및 우라늄 연간 소모량 계산

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1. PWR의 구성 요소

1) 핵연료

• 천연 우라늄(U-238과 U-235의 혼합)에서 U-235를 2~5% 농축시킨 저농축 우라늄 사용

2) 감속재

• 핵분열로 발생한 고속 중성자를 연중성자까지 에너지를 떨어뜨리는 작용
• 경수(H₂O) 사용

3) 냉각재

• 원자로에서 발생된 에너지를 외부로 고정시켜 내는 것
• 경수(H₂O) 사용

4) 반사재

• 고속 또는 열 중성자가 원자로 외부에 누출되는 것을 방지
• 경수(H₂O), 중수(D₂O), 흑연, 산화베릴륨(BeO) 사용

5) 제어재(제어봉)

• 중성자를 흡수하여 연료봉의 반응속도를 조절
• 카드뮴, 붕소, 하프늄 등 사용

제어재 구비 조건

• 중성자 흡수 단면적이 클 것
• 냉각재에 의한 부식이 어려울 것
• 방사선 조사 및 열에 견딜 것
• 기계적 강도가 클 것
• 성형 및 가공이 용이할 것

2. 우라늄 연간 사용량

① 원자로의 열출력 $P_t$ = 전기출력 / 효율 = $1000 / 0.33 = 3030.3$ MWt
② 연간 총 발전열량: $E = 3030.3 × 365 = 1,100,660$ [MWD]

③ U-235 1.09g으로 1MWD 생산이 가능하므로
필요한 질량 $x = 1,100,660 × 1.09 × 10^{-3} = 1205.6$ [kg]

④ 천연 우라늄 사용 시 U-235가 0.71%만 포함되므로
필요 천연 우라늄 양 $X = 1205.6 / 0.0071 = 169.65$ [t]

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