농축 우라늄

농축(濃縮) 우라늄은 농축 과정을 통해 우라늄-238의 비율을 줄이고 우라늄-235의 비율을 높인 우라늄을 말한다. 천연 우라늄에는 우라늄-235의 비율이 0.72%에 불과하다.

원자로의 형식에 따라 5% 또는 20% 정도의 저농축우라늄이나 90% 정도의 고농축우라늄이 사용된다. 원자폭탄에는 순도가 높은 우라늄-235(85% 이상)가 필요하다. 농축우라늄을 사용하면 흡수되어 버리는 중성자의 비율이 적어지므로 원자로 속의 다른 재료의 선택이나 설계가 쉬워진다.^[1]

농축 방법

농축하는 데는 막대한 전력과 비용이 들고 많은 천연우라늄이 허비된다. 우라늄의 농축이 곤란한 것은 우라늄-235와 우라늄-238의 화학적인 성질이 같기 때문에, 겨우 1.3%의 원자의 무게의 차이를 이용하여 물리적 방법으로 그것들을 분리하는 수밖에 없는 까닭이다. 그 방법으로는 다음과 같은 것이 있다.^[1]

가스확산법

우라늄을 기체 화합물인 6불화우라늄으로 만들어 다공성(多孔性) 벽을 통해서 내뿜으면 가벼운 기체가 먼저 나오고, 무거운 기체가 뒤에 남는 성질이 있다. 몇 단계든 같은 일을 되풀이하면 차차 성분이 분리된다.^[2]

열확산법

우라늄을 액체의 화합물로서 동심원통상(同心圓筒狀)의 용기 사이에 넣는다. 안쪽을 덥게 하고 바깥 쪽을 차게 해 두면 대류(對流)가 생김과 동시에 가벼운 성분은 고온쪽에, 무거운 성분은 저온쪽에 모인다.^[3]

원심력법

우라늄의 기체 화합물을 원심분리기(遠心分離機)에 넣고 고속회전에 의한 커다란 원심력을 작용시키면 가벼운 분자는 회전축 가까이에, 무거운 분자는 회전축에서 먼 곳에 모인다.^[4]

전자법

기체의 우라늄 화합물에 전자를 방사(放射)하여, 전하를 띤 이온을 만들고 전장(電場) 작용으로 그것을 다르게 해 두어, 자장(磁場)에 따른 굴곡법이 질량에 따라 다른 것을 이용해서 분리한다.^[5]

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등급

약농축 우라늄(SEU, slightly enriched uranium)

²³⁵U 비율이 0.9%에서 2%인 농축 우라늄이다. CANDU형 중수로 등에서 기존의 천연 우라늄을 대신해서 연료로 사용하기 위해 개발되었다.

재처리 우라늄(RepU, reprocessed uranium)

재처리 우라늄(RepU)은 사용후핵연료의 핵연료 재처리와 관련된 핵연료 주기의 산물이다. 경수로의 사용후핵연료에서 나온 재처리 우라늄은 일반적으로 천연 우라늄보다 약간 더 많은 ²³⁵U를 포함하고 있고, 그러므로 연료로 천연 우라늄을 사용하는 원자로에 사용할 수도 있다. 한편 재처리 우라늄에는 원하지 않는 동위원소인 우라늄-236도 포함되어 있는데, 우라늄-236은 중성자 포획을 거쳐 중성자를 낭비시켜 더 높은 수준의 ²³⁵U 농축을 필요로 하게 되며 넵투늄-237을 형성한다. 넵투늄-237은 핵폐기물을 처리하는 심층처분 시에 가장 잘 반응하여 문제가 될 여지가 큰 방사성 핵종 가운데 하나이다.