핵연료: 두 판 사이의 차이

'''핵연료'''(核燃料, {{llang|en|nuclear fuel}})는 [[원자력]]을 이끌어 내는데 필요한 물질로, 화학적 연료가 연소되어 에너지로 변화하는것이랑변화하는 것과 유사하다. 핵연료는 에너지 밀도가 높아 많은 에너지를 발생시킨다.

우라늄의 열 전도율은 매우 낮은 편이며, 이는 간극률과 더불어 연소도에 영향을 미친다. 연소로 인해서 [[팔라듐]]이나, [[크세논]]이라든가 [[크립톤]]같은 분열 생성물이 생겨나 격자를 망치며, 또한 여기서 발생한 방사선으로 또 격자에 영향을 받게 된다. 이런 낮은 열전도율은 사용중인 펠릿의 중심 부분을 과열시킬수 있다. 또한 간극률로 인해서 열팽창과 열 전도율이 동시에 일어날수일어날 수 있도록 한다.

TRIGA 연료는 TRIGA(Training, Research, Isotopes, General Atomics) 원자로에서 사용하는 핵연료이다. TRIGA 원자로는 우라늄-지르코늄 수화물(UZrH)를 사용하는데, 이 연료는 음의 피드백 효과로 인해, 노심의 온도가 올라가면 반응도는 줄어들게 되어 노심용융이 일어나지 않도록 한다. TRIGA 원자로는 중성자를 많이 방출되개 설계하여, 실험에 사용될수 있게 만들어져 있다. TRIGA 연료는 원래는 고농축 우라늄을 사용하도록 디자인되어있지만디자인되어 있지만, 1978년 미국 에너지성에서 연구용 원자로의 농축도를 낮추게 되어, 저농축 우라늄으로 가동되고 있다.

종종 원자로의 연료로 선택되는 질화물 연료은 미 항공우주국에서 개발된 연료이며, 이 연료의 장점중장점 중 하나는 일반 UO₂에 비해 열효율이 좋다는 점이다. 또한 질화물 연료는 녹는점이 매우 높다. 그러나 이 연료의 단점으론 ¹⁵N이 사용된다는 점이다(보통 일반적인 질소는 ¹⁴N임). 그러나 ¹⁴C을 방사선으로 핵변환 시키면 많은 양의 ¹⁵N을 얻을수 있다. 질소를 사용하는 연료의 경우 비싸기 때문에, 파이로프로세싱을 이용하여 ¹⁵N을 회수할수회수할 수 있다. 일반적으로 핵연료 재처리를 할때할 때 질산으로 핵연료를 녹이는데, 질화물 연료의 경우에는 연료가 잘 녹게 하기 위해서 일반적인 ¹⁴N을 집어넣어 ¹⁵N의 함량을 엹게 만들어준다.

우라늄 탄화물은 높은 열효율과 더불어 높은 녹는점으로 주목받고 있으며, 게다가 연료내부에 산소가 없어서(방사선을 받게 되면, 연료에서 O₂나 다른 가스가 방출되게 된다) 세라믹을 코팅하기에 적당한 연료(세라믹을 코팅하게 되면 구조적으로나 화학적인 장점을 얻을수 있다)라고 할수할 수 있다. 탄화물 연료는 현재 가스 냉각형 고속로의 연료의 후보로 주목받고 있다.

Image파일:Fuel Pellet.jpg|미국 원자력규제위원회(NRC)가 찍은 아직 원자로에 넣어지지않은 연료 펠릿.

Image파일:Pellet rod.jpg|미 NRC가 찍은 조립준비가 다된 연료 펠릿.

Image파일:Nuclear-Fuel.jpg|미 NRC가 찍은 새로 만들어진 연료 집합체의 검사장면.

* 물과 반응할수반응할 수 있어, 물아래의 사용후 연료의 오랜 보관이 방해될수 있다.

판형태 연료는 몇년동안 관심밖의 대상이었다. 판연료는 보통 농축 우라늄 샌드위치 모양에 금속 피복재가 중간에 끼인 형태를 하고 있다. 이 연료는 여러 고 중성자속 원자로에서 바라던 것이었다. 그 이유는 고온에서 볼수 있는 실린더형 세라믹 연료를 사용하지 않고 금속에 방사선을 조사하는 연구라던가 방사성 동위원소를 생산하는 연구를 할수할 수 있기 때문이었다.

사용한 핵연료안에는 분열 생성물, 우라늄, 플루토늄 그리고 소수의 악티니드 원소가 들어있다. 원자로에서 높은 온도에서 사용된 연료봉의 경우, 연료봉은 보통 다른 성분으로 변화하게 되며, 종종 팔라듐같은 백금족 원소의 나노입자가 포함되기도 한다. 만약 연료봉이 깨지게 되면 부풀어오름과 동시에 녹는점까지 온도가 올라가게 된다. 비록 사용후 연료봉이 깨질수 있지만, 물에서는 잘 녹지 않아, 산화 우라늄의 결정 격자구조내의격자구조 내의 주요 악티니드와 분열 생성물을 보유할수보유할 있을수수 있다.

[[중수소]]와 [[삼중수소]]가 최초의 핵융합 연료로 생각되고 있다. 이것들은 모든 원소들중에서원소들 중에서 전기적 전하가 가장 낮기 때문이다. 보통 이 연료로 에너지를 만들수 있는 3가지 방식이 있다:

2세대 핵융합 연료는 높은온도라든가 시간등이 1세대 핵융합 연료보다 높지만, 중성자를 덜 적게 발생시킨다. 중성자는 핵융합을 하면서 만들어지는 반갑지 않은 생성물로, 중성자가 핵융합로에 흡수되어 방사능을 띠게 때문이다. 중성자는 전하가 없어, 자기장으로 막을수가막을 수가 없다. 2세대 핵융합 연료는 중수소와 헬륨-3을 사용한다.