농축우라늄 (uranium)
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정의
천연우라늄의 우라늄-235 비율을 인위적인 방법으로 높인 우라늄.
개설
천연우라늄은 우라늄-235(0.7204%), 우라늄-238(99.2742%), 우라늄-234( 0.0054%)로 구성되어 있다. 이들 동위원소 중에서 중성자와 충돌했을 때 핵이 쪼개지는 것은 우라늄-235이다. 이때 중성자가 2-3개 발생하고 질량이 줄어드는데, 줄어든 질량은 아인슈타인의 질량-에너지 등가법칙(E=MC2)에 따라 에너지로 변환된다. 핵분열 시에 발생한 여러 개의 중성자는 다른 우라늄 원자핵과 충돌하여 핵분열 연쇄반응을 일으킬 수 있고, 이때 막대한 양의 에너지가 방출된다. 이 에너지는 원자폭탄이나 원자력발전에 이용될 수 있다.
그러나 천연우라늄은 중성자와 충돌해도 핵분열 연쇄반응으로 나아가지 않는다. 핵분열을 할 수 있는 우라늄-235의 비율이 낮기 때문이다. 연쇄반응이 일어나려면 우라늄-235의 비율을 높여야 하는데, 이 작업을 우라늄 농축이라고 하고 이때 생겨난 우라늄을 농축 우라늄이라고 부른다. 농축 우라늄에는 우라늄-235의 비율이 0.9% 이상으로 높여진 약농축 우라늄, 3-5%의 저농축 우라늄, 20% 이상의 고농축 우라늄으로 분류된다.
연원 및 변천
농축우라늄 제조는 1942년에 미국 맨해튼 프로젝트(Manhattan Project)에서 원자폭탄의 원료로 사용하기 위해 연구되기 시작했고, 제2차세계대전 후에는 원자폭탄의 원료 및 원자력발전소와 원자력잠수함의 연료로 사용되고 있다.
제조 방법
농축 우라늄은 일반적으로 가스확산과 원심분리 두가지 방식에 의해서 제조된다. 가스확산 방식에서는 천연우라늄을 가스상태의 육플루오르화우라늄(UF6)으로 만들어 멤브레인을 통과시킨다. 이때 우라늄-238과 우라늄-235가 약간 분리된다. 그후 이 과정을 되풀이하면 분리가 누적되어 농축 우라늄이 얻어진다. 원심분리 방식에서는 가스 상태의 우라늄 화합물을 실린더에 넣고 빠른 속도로 돌려서 무거운 우라늄-238과 가벼운 우라늄-235를 분리하여 우라늄-235를 농축한다.
사용 방법 및 특징
약농축 우라늄은 중수로의 연료로, 저농축 우라늄은 경수로나 비등수로의 연료로 사용된다. 고농축 우라늄은 고속증식로의 연료나 원자폭탄의 원료로 사용된다.
참고문헌
『원자폭탄 이야기』(리처드 로즈, 문신행 옮김, 사이언스 북스, 2003)
