물의 맛

음, 친구가 Hanford Site에 대해서 이야기를 해 주어 찾아보았다. 본 지역은 맨해튼 프로젝트의 일부로써 당시 프로젝트에 상당한 기여를 한 것으로 보인다. 현재로써 상당한 radioactive 오염 물질들이 - 간단히 지하에 묻혀있다. 2차 대전과 냉전의 마무리와 함께 방치되었던 물질들은 비교적 최근에 들어 환경 운동가들의 움직임으로 청소작업에 들어가 진 것으로 보인다. 하지만 후쿠시마에서도 볼 수 있듯이 - 아직까지도 우리는 방사능의 영향을 충분히 이해하지 못하고 상당 부분의 선택들과 정책들은 추측에 기반한다. 현재로써 Hanford Site 의 청소작업은 갈 길이 한참 멀고 작업의 안전성 또한 보장되지 않는 것으로 보인다. 이러한 굉장한 프로젝트가 - 지금까지도 이어지고 있고 나와 가까운 곳에서 일어났다는 것에 상당한 놀라움을 느끼는 바이다. 어메이징 !

Hanford Site
also known as Hanford Works, Hanford Engineer Works, Hanford Nuclear Reservation, Hanford Project.
1943 Manhattan Project 의 일부로 설립
중남부 워싱턴 주에 위치
최초 full-scale plutonium production reactor 가 있던 곳
본 위치에서 제작된 플루토니엄으로 최초 원자폭탄이 제작되었고 Trinity Site 에서 폭탄이 시험되졌다.
일본 나가사키에 떨어진 폭탄이 시험됨.
냉전당시 프로젝트는 9개의 원자 reactor 와 5개의 큰 플루토니엄 processing complex 로 확장되었음. 본 위치에서 미국의 60,000 원자 arsenal 의 대부분 플루토니엄이 생산되었음.
Hanford Site - Rhode Island 의 1/3 크기 정도로 1,518 km²
현재 대중에게는 열려있지 않음. 사막의 기후에 가까움. Columbia 강이 지역의 북 동쪽을 따라 흐름.

Manhattan Project 당시 - 1942년 9월, Army Corps of Engineers 는 본 지역을 넓고, 외각진, 인근 1000명 인구의 도시가 없는, 깨끗하고 충분한 수력 자원, 큰 전력 자원, 무거움을 지탱 할 수 있는 지형 - 을 고려하여 본 위치를 선택.
1942년 3월 Hanford Engineer Works 의 설립이 시작되었고 근 50,000 명의 노동자들이 공사지역에 생활하면서 건축을 진행하였음. 1945년 8월 2차 세계대전이 끝나기 전 Hanford Engineer Works 는 Hanford 에 554개의 건물과 3개의 원자력 reactor 와 3개의 플루토니엄 processing canyons 를 지음. Radioactive waste 를 받기위해 'tank farms' 탱크 농장들 - 64개의 홑겹 지하 처리 탱크 - 를 설립.
Manhattan Project 당시 상당히 짧은 시간 동안 많은 연구와 발견들을 하였음. 당시 누구도 산업 스케일의 원자력 reactor 를 지은 경험도 없었고 - 과학자들 또한 얼만큼의 열과 에너지가 생성 될지 알 수 없었다. 안전을 유지하면서 최대의 연구를 얻으려 하였음.
엔지니어들의 난재 중 - radioactive contamination 원자력 오염을 어떻게 처리 할 지가 강권이었음. 기계들이 radioactive 되어 사람들이 가까이 갈 수 없을까 또한 문제였음. 따라서 원격으로 조정 할 수 있는 기계를 만드는 것 또한 목적이였음.
1946년 9월 - General Electric (GE) 가 Hanford Works 의 management 를 받음. 냉전이 시작되면서 소련 원자무기 프로그렘에 대응하기 위한 새로운 작전들을 만듬. 1947년 8월 Hanford Works 를 새로운 무기들과 reactors 와 연구를 위한 자금 계획을 발표 - 이로써 Hanford 는 새로운 번창의 시대를 맞음.
1963년 - Hanford Site 는 9개의 nuclear reactor 를 Columbia River 에 따라 건설, 5 processing plants, 900개 이상의 건물, 과 radiological 연구소를 설치함. 추가적인 건설과 수정이 본래 2차 세계대전 reactor 들에게 실행 되고 177개의 지하 waste tank 가 만들어짐. 1956 에서 1965 년 사이에 가장 많은 건설과 제작이 있었음. 총 40년 이상의 진행 동안 - 본 지역은 63개 정도의 short tons (57 t) 의 플루토니엄을 만들었고 - 미국 arsenal 의 60,000 의 무기의 대부분 플루토니엄 필요량을 충족하였다.
대부분의 reactor 들은 1964과 1971년 사이에 닫았다. 가장 최근까지 작동한 reactor 는 1987년에 닫았음.
현재 지역은 관광객들을 위한 관광을 허용하고 있음.
1988년 6월 - Hanford Site 는 4개의 지역으로 나누어져 National Priorities List에 올랐다. 1989년 5월 Washington Department of Ecology와 the federal Environmental Protection Agency 와 Department of Energy 는 Tri-Party Agreement 에 들어갔으며 - 그것은 Hanford의 환경적 치유의 법적 틀을 제공하였다. 본 사들은 세계의 가장 큰 환경 관리 사들이며 - 기술적, 사회적, 정치적, 법적, 그리고 문화적 관심과 문제들을 상대하고 있다. 청소작업은 3가지 결과에 집중하고 있다 : Columbia River 의 복구, 장기 쓰레기 처리장 / 보유장으로써의 개선, 그리고 미래를 위한 준비. 현재 정부는 매 년 $2 billion 정도 Hanford project를 위해 투자하고 있다. 11,000 명의 노동자들이 지역에서 청소와, 쓰레기 처리, 오염된 건물, 과 오염된 토양을 관리하고 있다. 본래에 30년 내에 완료되기로 한 청소는 2008년 반을 채우지 못하였다.
1970년 대에 radioactive material 의 생산음 멈추었지만 Hanford Site 의 상당부분은 심히 오염되어있다. 대부분의 지역은 위험히 오염되었으며 - 오염된 지하수가 Columbia River 에 끼칠 영향이 상당히 우려되고 있다. 또한 노동자들의 건강과 안전 또한 우려된다.
현재 지하에 묻어진 177 개의 지하 쓰레기 탱크들은 토양과 물로 세고 있으며 - 2008 년 이후 대부분의 오염물질들은 두겹의 탱크들로 옮겨졌으나 10,600 m³ 의 액체 오염 쓰레기와 100,000 m³ 소금 오염 쓰레기는 홑 겹 탱크에 남아있다.


자료 출처 http://en.wikipedia.org/wiki/Hanford_Site
Hanford Site 공식 정부 웹사이트 http://www.hanford.gov/

2007 세계 15% 전기 원자력으로부터 출력
2008 세계의 원자력 발전소 430개
프랑스 – 국가 전기 77% 에너지 원자력으로 공급
리티아니아 Lithuania – 국가 전기 65% 에너지 원자력으로 공급
미국 – 원자력 발전소 104개, 국가 전기 20% 에너지 원자력으로 공급

원자력 추출의 원리는 coal-burning power plant 와 크게 다르지 않음. 물에 압력을 가하여 수증기로 전환, 이 것으로 turbine generator 가동. 가장 큰 차이점은 물에 열을 가하는 방법. 옛 발전소들은 fossil fuel 을 태우는 반면, 원자력 발전소는 nuclear fission 에서 일어나는 열을 사용. Nuclear fission 이란 하나의 원자를 둘로 조각나는 과정.

이해해야 할 중점은 이 nuclear fission 의 과정.

보편적 인식과는 달리, 원자는 자연적으로도 둘로 쪼개질 수 있음. 예를 들어, Uranium 우라늄은 느린 속도로 spontaneous fission – 자발적 fission 의 과정을 겪는다. 이것이 우라늄이 radiation을 뿜는 이유. 따라서 Uranium은 원자력 발전소들에서 induced fission 을 이루어 내기 위하여 사용되기도 함.

Uranium 은 지구의 자연적 원소. Uranium 238은 매우 긴 half life (원자의 반이 decay 되기까지의 시간)를 가지고 있음 – 4.5billion years. 따라서 꽤 많은 양의 Uranium을 지구에서 찾을 수 있음. 지구의 모든 Uranium 중 Uranium 238이 99%. 0.7%는 자연적으로 발생하는 Uranium 235. 가장 드믄 Uranium 234는 U238이 decay 하여 생성됨.

Uranium 235는 Uranium 238처럼 자연적으로 decay 하기도 함. 이 decay 과정은 alpha radiation (알파 방사선)을 사용.

Uranium-235 has an interesting property that makes it handy for the production of both nuclear power and nuclear bombs. U-235 decays naturally, just as U-238 does, by alpha radiation: It throws off an alpha particle, or two neutrons and two protons bound together. U-235 also undergoes spontaneous fission a small percentage of the time. However, U-235 is one of the few materials that can undergo induced fission. If a free neutron runs into a U-235 nucleus, the nucleus will absorb the neutron, become unstable and split immediately. See How Nuclear Radiation Works for complete details

Uranium 235의 neutron을 가지고 있는 nucleus 는 원자에 부딪쳐, 매우 빠른 속도로 원자를 둘로 쪼갬. 이 과정에서 많은 gamma radiation 가마 방사선이 분출 됨. Gamma Radiation은 높은 에너지의 photon들로 이루어져있음. 둘로 쪼개진 원자들은 Beta Radiation (매우 빠른 음성자) 베타 방사선과 gamma radiation을 뿜음.

Fission 이 일어나는 이유는 fission 의 produce 결과물과 neutrons 중성자들의 합은, 원래의 U 235 원자보다 가볍다. 따라서 이 두 무게의 차이는 에너지로 즉시 변환되고, 이에 사용되는 공식은 E=mc².

이 모든 것이 일어나려면, Uranium의 샘플은 2-3% 이상의 U235을 포함하도록 enrich 되어야 함. 2-3%의 Enriched Uranium은 원자력 발전소에서 사용하기 충분하다. 원자력 폭탄의 Uranium은 90% Uranium 235 로 enriched 되어있다.

Uranium 245 원자가 쪼개지면, 2,3개의 중성자가 날아간다. 주위에 다른 Uranium 235가 없다면, 그 중성자들은 neutron rays 가 되어 날아다님. 그러나 U235 원자는 Uranium 덩어리의 일부분. 그렇다면 주위에 충분히 많은 다른 U235들이 있을 것이고, 날아간 중성자는 이들과 부딫칠 수 있는 가능성이 생김. 중성자들은 다른 U235를 칠 것인가? Nuclear Reactor’s Status 에 따라 다르다.

Critical mass – 평균적으로 fission으로 만들어진 중성자들 중, 정확히 1개의 자유로운 중성자가 다른 U235와 부딫힘. 그 부딫힌 U235는 쪼개지고, 그 Uranium 덩어리는 ‘critical’이라고 불려짐. 덩어리는 일정한 온도에서 존재 할 수 있음.

Subcritical mass – 평균적으로 fission으로 만들어진 중성자들 중, 1개 이하의 자유로운 중성자가 다른 U235 원자와 부딫힌다면, 그 Uranium 덩어리는 ‘subcritical’이라고 불려짐. 결과적으로, induced fission은 이러한 상황으로 지속되고 끝을 맺을 것이며, 에너지의 공급소 – 자원이 된다.

Supercritical mass – 평균적으로 fission으로 만들어진 중성자들 중 1개 이상의 자유로운 중성자가 다른 U235 원자를 부딫치면, 그 Uranium 덩어리는 ‘supercritical’이라고 불려짐. 이것은 reactor 에 열을 공급함.

핵폭탄을 엔지니어들은 Uranium 이 매우 supercritical 하도록, 모든 U235원자들이 순간적으로 모두 폭발 할 수 있도록, 디자인을 함. 비유하자면, 봉투 안의 팝콘이 하나씩 터지는 것이 아니라, 한 순간에 동시다발적으로 터질 수 있도록 디자인을 하는 것.

하지만 원자력 reactor 에서 있어서는 안될 일이 모든 원자가 동시다발적으로 폭발하는 것 – 지구의 모든 인구가 이를 바랄 것. 하지만 reactor 의 중심은 약간 supercritical 해야 원자력 발전소의 reactor 의 낮은 온도를 올릴 수 있다. Control rod 조절기는, 자유로운 중성자를 흡수 할 수 있도록 하여, reactor를 critical 한 정도에 유지 할 수 있도록 함.

원자력 발전소

A Containment structure - 보호막
B Control Rods – 자유로운 중성자를 흡수 할 수 있음. 이를 조절함에 따라 critical level 을 조절. 위 아래로 이동 가능. 원자 reatction 의 rate 조절.
C Reactor
D Stream Generator – 수증기 생성 기
E Steam Line – 수증기 이동기
F Pump
G Generator
H Turbine – 수증기로 가동됨. Generator를 가동시킴.
I Cooling Water Condensor
J Cooling Tower

원자력을 전기로 전환하는 방법. Uranium이 쪼개지며 생산되는 에너지를 조절하고 그것으로 물을 데움.

콩크리트는 원자력 발전소의 중요한 부분. 발전소를 감쌈으로써 방사선의 외부 분출을 막음.

원자력의 장점 – fossil fuel 을 태우지 않아도 됨. Coal 과 자연가스 원자력 발전소는 대기로 많은 이산화탄소를 배출하여, climate change에 기여. 원자력 발전소의 이산화탄소 배출량은 비교적 매우 적음. 또한 fossil fuel에 의존하지 않기 때문에, 원자력의 값은 기름과 가스값의 변동과 무관.

원자력의 단점 – Uranium 탄광과 purification의 과정은 깔끔하지 않음. Nuclear fuel을 이동하고, 발전소를 세우는 것 또한 오염의 위험이 따름. 또한 Nuclear fuel을 한 번 사용 한 후에, 그것의 처리는 쉽지 않음. 그것은 여전히 radioactive 하고, 주의하여 다루지 않으면 위험의 가능성이 있음.

평균적으로 지구의 모든 원자력 발전소를 고려 할 때에, 매 년 2000 metric 톤의 high-level radioactive waste 배출. 이 것은 전파와 열을 방출. 따라서 이것을 보관하는 용기를 부패시키고, 주위 환경으로 방출되어 생명의 환경에 해를 끼칠 수 있음.

아래 링크방문 추천 –

자료 출처 http://science.howstuffworks.com/nuclear-power1.htm