원자력 발전의 핵연료 주기 (Nuclear Fuel Cycle)

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1. 핵연료 주기 개요도

• Up-Stream(선행 주기): 우라늄 광산 → 정광 → 정련 → 변환 공정 → UF₆ → 농축 공정 → 연료 가공 공정
• Down-Stream(후행 주기): 원자로 → 사용 후 연료 저장 → 재처리 시설 또는 직접 처분 → 영구 처분

우라늄 광산
↓
정광
↓
정련 → 변환 공정 → UF₆ → 농축 공정 → 연료 가공 공정 (Up-Stream)
↓
원자로
↓
사용 후 연료 저장 → (직접 처분 or 재처리 시설)
↓
고준위폐기물, 중·저준위폐기물 → 영구처분시설 (Down-Stream)

2. 선행 핵연료 주기 (Up-Stream)

1. 채광:
   • 원자력 발전소에서 사용할 수 있는 핵연료 원료를 채굴하는 과정
2. 정광:
   • 채광된 광석을 물리적·화학적으로 분리하여 농축된 화합물로 만드는 과정
3. 정련:
   • 정광에서 불순물을 제거하고 UF₆ 기체로 변환
4. 변환:
   • 정련된 우라늄을 UF₆로 화학적으로 전환
5. 농축:
   • 천연 우라늄의 $^{235}U$ 함유율을 0.7% → 약 3~5%로 증가시키는 과정
6. 성형 및 가공:
   • UF₆를 UO₂ 분말로 만들어 연료 펠렛(pellet) 형태로 가공

3. 후행 핵연료 주기 (Down-Stream)

1. 연소:
   • 원자로 내에서 핵연료가 연소되어 열을 생산하는 핵분열 반응
2. 사용 후 연료 저장:
   • 사용 후 남은 연료를 임시 저장시설(습식저장)에서 6~12개월간 냉각
3. 재처리:
   • 사용 후 연료에서 우라늄과 플루토늄을 분리 회수하여 재사용 가능하도록 가공
4. 재가공:
   • 재처리된 우라늄과 플루토늄을 새로운 연료로 재제조하는 공정
5. 방사성 폐기물 처리:
   • 재처리 과정에서 발생한 고레벨 방사성 폐기물은 고체화하여 콘크리트 등으로 밀봉해 최종 처분

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