우라늄 농축 관련 이중용도품목(2)
지난 제85호에 이어 이번 제86호에서도 우라늄 농축 관련 이중용도품목을 다루겠습니다. 관련 품목을 취급하는 업체 또는 핵 확산 우려국으로 수출을 하는 업체들은 전략물자 여부의 철저한 점검,확인과 수출허가 제도를 준수하시길 바랍니다.
지난 제85호에서는 핵연료의 전체적인 주기에 대해서 개략적으로 살펴보았으며 이번호에서는 우라늄 농축에 대해 살펴본 후 관련 이중용도품목을 살펴보겠습니다.
가. 우라늄 농축
천연우라늄은 U-235의 무게비가 약 0.71% 정도로 존재하는데 가압경수로 및 고속증식로에는 일정한 농축도를 요구하므로 U-235의 무게비를 높이는 과정이 농축이다. 우라늄의 농축기술은 U-235와 U-238의 화학적 성질이 같고 무게비가 비슷하므로 상당한 비용과 분리기술이 요구된다. 가스확산법과 원심분리법 및 가스노즐법, 화학교환법, 레이저 농축법 및 플라즈마 동위원소 분리법 등이 있다. 이 중 상용화된 기술로는 다음과 같은 원리의 가스확산법과 가스원심 분리법이 있다.
1) 가스확산법
- 두 가지 동위원소가 들어있는 기체가 열평형상태에 도달하게 되면 각각의 분자는 같은 평균 운동에너지를 가지게 되며 질량이 서로 다른 원소를 다른 속도로 움직이게 된다. 이 점을 이용하여 U-235와 U-238을 분리하는 방법이 가스확산법이다.
2) 가스원심 분리법
- 두 가지 동위원소가 들어있는 기체를 원심력장에 생성되는 장치 안에 넣으면 각각의 분자는 별개의 행동을 취하여 무거운 분자는 원통의 주변으로, 가벼운 분자는 축에 가까운 내측에 몰리게 되어 U-235와 U-238을 분리하는 방법이다.
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방 법 |
장 점 |
단 점 |
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기체확산법 |
- 50년 이상의 운전 경험을 통해 기술에 대한 신뢰성이 높다.
- 구성기기의 사양 및 제조체제가 확립되어 있다.
- 가동부가 적기 때문에 운전 및 보수가 용이하다. |
- 전력소비량이 많으며 대규모 공장이 아니면 경제성이 없다.
* 공장부지, 전력, 냉각수 등이 대량으로 필요
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원심분리법 |
- 분리계수가 크기 때문에 비교적 작은 규모의 공장이라도 경제성이 있다.
- 기체확산법에 비해 전력소비량이 1/10정도이며 단기간으로 수요를 맞추기 쉽다 |
- 고도의 기계기술이 필요하다.
- 회전부분이 주를 이루기 때문에 장기간의 안전성과 지진 등 외부 사태에 대한 내구성을 필요로 한다. |
나. 핵연료 주기 관련 주요 이중용도 품목
위에서 살펴본 가스확산법, 원심분리법 등과 같이 상용화된 농축 방법 뿐만 아니라 가스노즐법, 화학교환법, 레이저 농축법 및 플라즈마 동위원소 분리법 등과 관련된 분리공장 및 그 용도로 특별히 설계 또는 준비된 장비는 대부분 원자력전용품목 또는 이중용도품목으로 통제가 되고 수출이 제한되므로 주의가 필요하다. 국제원자력기구(IAEA)와 핵공급국그룹(NSG)은 원자력 관련 통제품목을 원자력 전용품목과 이중용도품목으로 나눠서 관리하고 있으며 우라늄 동위원소 분리 관련 이중용도 품목은 기기를 구성하는 부품들과 실험 및 생산시설로 분류해 놓고 있다. 우라늄 농축에 대한 생산 및 테스트 장비에 관련하여 통제되는 이중용도 품목은 불소 생산용 전해조, 로터와 벨로우즈 장치, 원심분리기 다면균형 기계, 필라멘트 와인딩 장치, 전자기 동위원소 분리기, 질량 분석계와 질량 분석계 이온원 등이 있다.
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주요 품목 |
용도 |
주요 통제사양 |
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불소 생산용 전해조 |
UF4의 직접적인 불소화에 의한 UF6를 제조하는데 사용되며 UF6는 가스 원심분리 및 가스 확산, 분자레이저동위원소분리법을 통한 우라늄 농축에 사용된다. |
불소생산을 위한 전해조로 시간당 250g 초과의 불소생산능력을 갖는 것. |
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로터와 벨로우즈 장치 |
우라늄 동위원소 분리용 가스 원심분리기 로터를 생산하는데 사용되며 비핵관련으로는 거의 사용되지 않는다. 유사 장비로는 소음기, 유압 완충장치 등을 조립하는데 사용될 수 있지만 통제사양 만큼 정밀할 필요는 없다. |
가스 원심분리기 로터 관 단면, 격막(baffle), 말단 마개(end cap) 조립을 위한 로터 조립장비, 단일 회선 벨로우즈(고강도 알루미늄 합금, 마레이징 강, 고강도 필라멘트 물질로 만들어진 벨로우즈) 생산을 위한 벨로우즈 성형 맨드릴과 다이로 내경 75mm~400mm사이, 길이 12.7mm 이상, 단일회선 깊이 2mm 초과 등에 모두 해당되는 것 |
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원심분리 다면 균형 기계 |
균형 기계는 만족스러운 수준의 성능을 얻기 위해 고속으로 작동해야하는 원심분리기 로터부품과 집합체의 균형을 맞추기 위해 가스 원심분리기 우라늄 농축 설비에 사용된다. 비핵관련 용도로는 터빈로터, 모터전기자, 구동축, 직물 기계 스핀들, 플라이휠 집합체 등 정밀한 균형 장치를 필요로 하는 곳에 사용된다. |
(a) 길이 600mm이상의 유연로테(flexible rotor)의 균형을 위해 설계된 원심분리 균형기계로 진동 또는 저널 직경 75mm이상, 0.9kg~23kg 질량 용량, 5000rpm이상의 회전속도 균형능력이 있는 것을 모두 포함하는 것
(b) 공동실린더 로터부품의 균형을 위해 설계된 원심분리 균형기계로 저널 직경 75mm이상, 0.9kg~23kg 질량 용량, 평면 당 0.01kg mm/kg이나 그 이상의 잔류 불균형의 균형을 맞출 수 있는 것, 벨트전동타입을 모두 포함하는 것 |
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필라멘트 와인딩 장치 |
우라늄 농축 가스 원심기를 위한 복합재 로터를 제조하는데 사용될 수 있으며 비핵관련 용도로는 저장탱크, 파이프, 베어링, 압력 용기, 골프채, 낚싯대, 야구배트와 같은 광범위한 종류의 많은 제품들의 생산에 이용된다. |
섬유의 위치제어, 싸기(wrapping) 및 감기를 위한 작동이 3축 이상으로 조정되고 프로그램되는 필라멘트 와인딩 장치 (filament winding machines)로서 "섬유상 또는 단섬유 소재"로 된 "복합재" 구조물이나 적층구조를 제조하기 위해 전용 설계된 것으로 와인딩 로터의 직경이 75mm~400mm이고 길이가 600mm이상인 것을 감을 능력이 있고 그에 따라 조정하고 프로그래밍하는 제어기 및 소프트웨어 등 |
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전자기 동위원소 분리기 |
우라늄과 플루토늄 모두의 동위원소를 분리하는데 사용되며 의학 및 연구의 목적으로 다양한 종류의 동위원소를 분리하는데도 사용된다. |
총 50mA 이상의 이온빔 전류를 공급할 수 있는 단일 혹은 복합 이온원을 위해 설계되었거나, 또는 그것을 장착한 전자기 동위원소 분리기 |
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질량 분석계와 질량 분석계 이온원 |
우라늄, 불루토늄, 다른 악니튬족 동위원소 측정 및 연구기관 내 분석에 사용된다. |
230이상의 원자질량 단위의 이온을 측정할 수 있고 2/230 초과의 분해능을 보유한 질량분석계와 이에 사용되는 이온원, 분자빔 질량분석계, 악티늄족 또는 악티늄족 불화물과 함께 사용하도록 설계된 자기 또는 4극 질량 분석계 |
* 보다 상세한 통제사양 확인은 Yestrade홈페이지의 전략물자수출입고시 별표2
이중용도품목을 참고하길 바랍니다.
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※ 관련 문의 : 전략물자관리원 이현건 연구원(02-6000-6436)
