2011/01/22 01:00

U238/235 ; 두 가지 사소한 것 Views by Engineer

  원자력 발전에 관한 질문과 그 답변(커티군님)을 트랙백.

 그러나 원자력 발전에서 사용하는 우라늄은 우라늄의 동위원소 중 하나인 우라늄-235가 2~5%정도 함유되어있어야 합니다. 자연상태에서는 0.7%정도밖에 함유되어 있지 않은 희귀한 광물 문제는 자연상태에서도 우라늄-235가 높은 농도로 존재한다면 손쉽게 발전용으로 사용할 수 있지만 농도가 극단적으로 낮다면 상당한 시간과 에너지를 들여야지만 발전용으로 사용할 수 있게됩니다. 우리나라에 매장된 우라늄의 우라늄-235 농도는 약 0.04%라고 합니다. 평균적 수치인 0.7%에 한참 못 미치는 농도지요. 따라서 우리나라는 우라늄이 매장되어있지만 이를 채광하고 농축해 발전용으로 쓰기 어려운 것입니다.

  이 문단은 사실 옳지 않습니다.  그 점에 대해서는 Alias님께서 거의 다 설명을 해 주셨지만, Alias님의 포스팅 중 아래 문장을 약간만 보충하자면
 
 지구상에서 우라늄의 동위원소 비율은 가봉의 특정 지역에 매장된 우라늄 광산이 과거 자연적으로 "연쇄반응"을 일으켜서 235의 비율이 비정상적으로 낮은 케이스를 제외하면, 전 세계적으로 균일하게 0.7퍼센트에 가깝다. 이것은 미국, 호주, 캐나다, 러시아, 남아공 등등 거의 모든 지역이 그러하다. 

  이 점에 대해 Paul Kuroda(Kazuo Kuroda)가 직접 쓴 설명을 참고하면 재미있습니다.  고단샤의 Blue backs 시리즈에서 본 글인데 지금 제가 집이 아니래서 이게 지금 집에 있는지 아닌지 기억이 안 나는군요.

   ... 여러 모로 보아, (Fermi의 계산에 근거하면) 자발적으로 지구상의 우라늄 광상에서 핵분열이 일어날 가능성은 전혀 없었다(중성자 증식 비율이 1에 가깝긴 해도 결코 1을 넘지는 못했다)... 하지만 이 계산의 문제점은 우라늄 광상이 현재 존재한 상태 그대로 단번에 나타났다고 가정한 데 있다.  즉 우라늄 광상이 생길 때 주변의 물, 암석의 구성 비율 등을 상수가 아니라 변수로 취급해야 한다.... 이런 점을 고려하면 이전에 자연 상태에서 우라늄이 연쇄 반응을 일으켰을 가능성이 있다... 프랑스 원자탄에 사용하는 U235가 120kg[1] 부족했던 것이다.... 조사 결과 이는 광석 상태부터 U235 함량이 저하되어 있었으며, 실제로 자연적 핵분열을 일으켰다고 판명되었다....

- (기억에 따른 인용이기 때문에 물론 부정확. [1] 중량은 정확히 기억이 안 납니다.  아무튼 kg 단위였음)

  In meteoritics and planetary science Kuroda is best known for having predicted, in 1956, that self-sustaining nuclear chain reactions could have occurred naturally in Earth's geologic history and for having predicted, in 1960, that Plutonium-244 (t1/2 = 82 Ma) had been present in the early solar system. On 25 September 1972, the French Atomic Energy Commission reported evidence that a natural nuclear reactor had occurred at Oklo in the Republic of Gabon, Africa, and the presence of excess xenon in the Pasamonte meteorite from the fission of 244Pu was first detected in his laboratory at the University of Arkansas in 1965. Glenn Seaborg and Walter Lovelend selected both of Kuroda's papers on these subjects as 2 of the 85 Benchmark Papers in Nuclear Chemistry (Benchmark Papers, Vol 5, Hutchison Ross Pub. Co, Stroudsburg, PA, 1982).

- link한 obituary에서.  참고로 이 글은 Kuroda의 제자인 O.K.Manuel 교수의 글이며, 아마 http://www.souledout.org/rsl/mysteriesofuniv.html 의 글도 그의 제자가 쓴 것이 맞을 것입니다.

  이 사례는 대단히 유명하기 때문에 구글에서 'oklo'라고 치면 다음 단어가 자동으로 나옵니다.  물론 Wikipedia에도 있습니다(http://en.wikipedia.org/wiki/Natural_nuclear_fission_reactor). 설명은 http://oklo.curtin.edu.au/who.cfm 여기가 잘 되어 있네요.

  漁夫

  ps. 그 외의 몇 가지 사항에 대해서는 좀 오래 됐지만 원자력 발전소, 방사능, 피폭 등 기타 사항들을 참고하시길.

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덧글

  • 미지 2011/01/22 05:09 # 답글

    저 이해가 잘 안 되는데... 0.04%가 틀렸다는 얘기인가요 아니면 자연적 핵분열로 농도가 감소했을 것이라는 얘기인가요??
  • 漁夫 2011/01/22 05:13 #

    Alias님(=개념피난처)의 설명 포스팅에 있는 것처럼 0.04%는 말이 안 됩니다. 동위원소 비율은 어디서나 거의 일정하기 때문에 그렇지요.

    자연 핵분열 때 어떤 일이 벌어졌는지는 제 포스팅 맨 뒤에 있는 link를 가 보시면 설명이 잘 돼 있습니다.
  • 미지 2011/01/22 05:58 #

    하긴 핵분열이 외부 환경의 영향을 받지 않기 때문에 방사성 동위원소 측정법으로 오래된 물건의 연대를 구할 수 있는거니까요.

    자연 핵분열은 제 영어실력이 짧아서 물 때문이라는건지 정확히 모르겠습니다(...)
  • 漁夫 2011/01/22 06:20 #

    물에 들어 있는 수소는 중요한 감속재(moderator)로 작용합니다. 중수소가 들어 있는 중수(heavy water; D2O)가 중성자 흡수 단면적이 낮아서 더 좋지만, 중수는 매우 비싸기 때문에 보통은 경수(보통의 물)를 많이 사용합니다.

    자연 연쇄반응이 우라늄 광상에서 대규모로 일어날 수 있는지는 광석 내의 물 함량이 대단히 큰 역할을 하게 되지요.
  • 미지 2011/01/23 11:12 #

    덕분에 많이 알아가네요. 감사합니다!
  • 커티군 2011/01/22 06:48 # 답글

    으흐흑...이런 병크를 터트리다니...ㅠㅠ 감사합니다ㅠ 해당 내용을 재작성하였습니다.
  • 漁夫 2011/01/25 23:05 #

    네 수정해 주셔서 감사합니다 ^^;;
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