원자력 발전소는 어떻게 작동하나요?

원자력 발전소는 어떻게 작동하는가

원자력 발전소는 원자로 용기 내에서 핵분열 연쇄반응이 일어나는 동안 열에너지로 방출되는 원자력 에너지를 이용하여 전기를 생산하는 산업 시설입니다. 많은 사람들이 원자력 발전소가 어떻게 작동하는지 모릅니다.

이러한 이유로, 우리는 당신에게 자세히 말할 것입니다 원자력 발전소가 내부에서 어떻게 작동하는지.

원자력 발전소의 주요 요소

원자력 발전소의 가동

원자로는 핵연료(보통 우라늄)를 함유하고 있고 핵반응의 시작, 유지보수 및 통제된 중단을 허용하는 시스템을 갖추고 있기 때문에 발전소의 주요 요소입니다. 원자력 발전소의 운영은 화석 연료를 연소시켜 열에너지를 생성하는 전통적인 화력 발전소의 운영과 유사합니다. 대조적으로, 원자로는 핵연료에 존재하는 우라늄 원자 내에서 발생하는 핵분열 연쇄 반응으로부터 열에너지를 얻습니다.

생성된 열 에너지는 물이 기화 지점에 도달할 때까지 가열하여 고압 및 온도의 증기가 되는 데 사용됩니다. 이 증기 터빈의 회전에 의해 생성된 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기에 연결된 터빈을 구동합니다.

여러 유형의 원자로가 있지만 두 가지 특정 설계가 두드러지며 이는 전 세계적으로 약 80개 운영 중인 원자로의 450% 이상을 차지합니다. 바로 가압경수형 원자로(PWR)와 가압경수형 원자로(BWR)입니다.

가압경수로(PWR) 운전

원자로

핵분열 중에 중성자와 충돌하는 무거운 원자의 핵은 더 작고 가벼운 핵으로 붕괴된다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 이 과정에서는 양성자와 중성자를 결합하는 에너지가 방출되어 2~3개의 중성자가 방출됩니다. 이 중성자가 방출되었습니다. 그들은 다른 무거운 핵과 상호작용하여 추가 핵분열을 유도할 수 있으며, 이는 다시 더 많은 중성자를 방출하여 주기를 지속시킵니다. 이 계단식 효과는 핵분열 연쇄 반응으로 알려져 있습니다.

원자력 발전소의 운영은 다음과 같은 단계로 요약될 수 있습니다.

  • 원자로에서는 우라늄은 시스템을 순환하는 고압 냉각수를 가열하는 상당한 양의 에너지를 생성하는 핵분열을 겪습니다. 이 가열된 물은 1차 회로를 통해 증기 발생기로 알려진 열 교환기로 운반되어 수증기 생성을 촉진합니다.
  • 터빈 발전기 조립체는 보조 회로를 통해 증기를 받습니다. 도착하자마자 증기는 터빈 블레이드를 회전시킵니다. 이러한 터빈 샤프트의 회전은 이후 교류 발전기를 구동하여 기계적 에너지를 전기로 변환합니다.
  • 수증기가 터빈을 통과하면 응축기로 이동하여 냉각되어 다시 액체 물로 변환됩니다.
  • 그런 다음 물은 증기 발생기로 반환되어 다시 한 번 증기를 생성하고 폐쇄 루프 내에서 작동합니다.

원자력 발전소의 주요 구성 요소

원자력 발전소 내부

우리는 이전에 원자로가 생성된 열을 추출하는 데 필요한 메커니즘을 갖추고 제어된 방식으로 핵분열 연쇄 반응을 시작, 유지 및 종료하도록 설계된 시설이라고 말했습니다. 원자로는 발전소의 주요 구성요소이자 핵연료를 저장하는 장소로 기능한다.

원자력 발전소의 주요 요소는 다음과 같습니다.

  • 연료: 핵분열 반응이 일어나는 물질로, 일반적으로 농축된 이산화우라늄을 사용합니다. 이 물질은 두 가지 기능을 가지고 있습니다. 에너지원이자 연쇄 반응을 유지하는 데 필요한 중성자 공급원 역할을 합니다. 이는 약 4m 길이의 금속 막대에 싸인 원통형 정제로 구성된 고체 형태로 공급됩니다.
  • 중재자 : 핵분열 중에 생성되는 빠른 중성자의 속도를 감소시켜 추가 핵분열을 촉진하고 연쇄반응을 유지하는 물질.
  • 냉장고: 감속재 역할을 하며 우라늄 연료에서 발생하는 핵분열 반응에 의해 생성된 열을 제거하는 데 사용되는 동일한 물입니다.
  • 컨트롤 바: 이들은 원자로의 제어 구성 요소이며 중성자 흡수체 역할을 합니다. 탄화붕소 또는 인듐-카드뮴으로 구성된 이 막대를 사용하면 중성자 수를 지속적으로 관리할 수 있어 원자로의 안정성을 보장하고 필요할 경우 가동 중단을 촉진할 수 있습니다.
  • 갑옷: 원자로에서 방사선과 중성자가 외부 환경으로 빠져나가는 것을 방지하는 역할을 합니다. 일반적으로 콘크리트, 강철 또는 납과 같은 재료가 이러한 목적으로 사용됩니다.
  • 안전 설비: 모든 원자력 시설에는 격납 구조물을 포함하여 방사능이 환경으로 방출되는 것을 방지하도록 설계된 다양한 안전 시스템이 갖추어져 있습니다.
  • 압력 조정기: 이는 기본 냉각 회로의 중요한 구성 요소입니다. 포화상태에서 액상과 기상의 균형을 유지하여 반응기 내부의 압력을 효과적으로 관리하는 레귤레이터입니다.
  • 원자로 용기: 핵분열 연쇄 반응이 일어나는 원자로를 둘러싸고 있습니다. 이 선박의 핵심은 연료 요소로 구성됩니다.
  • 증기 발생기: 이는 1차 회로의 냉각수가 역 U자형 튜브를 통해 흐르고 그 열 에너지를 2차 회로의 물로 전달하여 수증기로 변환하는 열교환기 역할을 합니다.
  • 격리 건물: 원자로 냉각계통과 여러 보조계통을 포함하고 정상 운전 시 보호벽 역할을 하여 오염물질이 외부 환경으로 빠져나가는 것을 효과적으로 방지하는 격납함입니다. 다른 안전 시스템과 함께 사고 발생 시 핵분열 생성물이 대기 중으로 방출될 가능성을 방지하는 중요한 책임이 있습니다.
  • 터빈: 이 시설은 증기 발생기에서 수증기를 포착하여 그 에너지를 블레이드를 통해 회전 기계 에너지로 변환하도록 설계되었습니다. 여러 섹션은 증기 팽창을 위해 만들어졌습니다. 샤프트가 교류 발전기 샤프트에 단단히 부착되어 있습니다.
  • 교류기: 터빈의 회전 기계적 에너지를 중전압, 고강도 전기에너지로 변환하여 전기를 생산하는 장치.
  • 변신 로봇: 발전기에서 생성된 전기의 전압을 높여 소비 지점으로 전송하는 동안 손실을 줄이기 위해 설계된 장치입니다.
  • 냉각수: 강, 저수지 또는 바다의 물은 응축기 내부의 수증기를 응축시키는 역할을 합니다. 이 물은 개방형 루프로 알려진 원래 소스로 직접 반환되거나 폐쇄형 루프 시스템의 냉각탑을 통해 재활용될 수 있습니다.
  • 냉각탑: 이는 전기 생산 중에 발생하는 잔열의 일부를 대기로 방출하는 것을 촉진하여 냉기 역할을 합니다. 이 시스템은 플랜트의 보조 냉각 회로의 필수 구성 요소인 응축기를 통해 순환하는 물을 냉각하는 데 사용됩니다.
  • 콘덴서: 열교환기는 냉각수의 순환을 촉진하는 일련의 튜브로 구성됩니다. 터빈에서 응축기로 들어가는 기화된 물은 액화 과정을 거쳐 액상으로 전달됩니다. 이 과정은 터빈의 작동 효율을 향상시키는 진공을 생성합니다.

이 정보를 통해 원자력 발전소가 내부에서 어떻게 작동하는지 더 자세히 알 수 있기를 바랍니다.


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