원자력이란 무엇인가

넷플릭스 다큐 시리즈 히스토리 101에서 본 원자력에 대한 내용을 정리합니다

포스팅을 하며 원자력에 대한 간단한 공부를 하게 됐습니다

넷플릭스 정리 내용 중 주식시장에 대한 포스팅도 있습니다

원자력이란 무엇인가?

1983년 독일의 유태계 화학자 리제 마이트너(Lise Meitner )와 오토한(Otto Hahn), 프리츠 슈트라스만(Fritz Strassmann)이 핵분열(nuclear fission)을 발견하며 인류의 원자력 역사가 시작됩니다

원자력은 우라늄이나 플루토늄같은 방사성 원소의 원자핵 붕괴 또는 원자핵의 질량 변화에 의해 방출되는 에너지를 뜻합니다

1kg의 우라늄은 석탄 300톤에서 얻는 에너지와 비슷한 양을 만들 수 있다고 합니다

원자력은 크게 핵분열, 행융합으로 나눌 수 있습니다

※ 방사성 원소란 무엇인가? 방사성 원소는 방사능을 지닌 원소를 말합니다 방사능은 핵종에 귀속되는 성질이라 방사성동위체를 가진 원소를 방사성 원소라고 합니다 하지만 현재는 핵반응에 의해 인공적으로 방사능 원소를 만들 수 있어서 천연의 방사동위체를 가진 원소를 천연방사성 원소, 인공의 방사성 동위체로 이루어진 원소를 인공방사성 원소로 구분합니다 천연방사성 원소는 우라늄, 플루토늄, 라듐 등이 있고, 인공 방사성 원소는 플루토늄 등이 있습니다 방사성 원소는 자연적으로도 존재하고 그 중에서 라돈은 대기 중에 떠돌아다니고 있어서 인체는 항상 방사선에 노출이 되고 있습니다

핵분열(nulear fission)

핵분열은 우라늄, 플루토늄 등의 무거운 원소의 원자핵을 연쇄적으로 분열시켜 에너지를 얻는 방법입니다

원자는 모든 에너지를 원자핵에 저장하게 됩니다

중성자 입자를 우라늄 원자에 쏘면 원자핵이 쪼개지며 처음 중성자 에너지보다 200배 큰 에너지를 방출합니다

쪼개진 우라늄 원자에서 중성자 2개가 튀어나와 더 많은 우라늄 원자와 충돌하는 연쇄작용으로 방사선과 열이 발생게 됩니다

아래 영상은 핵분열을 간단하게 영상으로 설명한 것입니다

핵분열 방식은 방사성 폐기물을 남기게 되는데 이 폐기물은 수천년이 지나야 사라지게 됩니다

방사성 물질에 노출되면 암에 걸릴 수 있고 많은 양에 노출되면 즉시 죽을 수 있습니다

핵융합(nuclear fusion)

핵융합은 가벼운 원소의 원자끼리 충돌해서 핵이 서로 융합하는 것으로 핵분열보다 3~4배 많은 에너지가 발생하고 유독한 잔여물도 없습니다

헥웅힙은 태양의 물리적 현상과 비슷하다고 보면 됩니다

핵융합이 가능하려면 태양같은 엄청난 열과 중력이 필요해 지구에서 재현이 어려워 열과 중력 대신 강력한 자기장을 이용해 스텔라레이터라(stellarator : 핵융합을 목적으로 고온의 플라즈마를 자기장을 이용해 가두기 위해 고안된 장치)에서 실험하고 있습니다

스텔라레이터의 이름은 항성(Stellar)이 일으키는 핵융합의 모방에 대한 가능성으로부터 유래했습니다

현재 독일, 미국, 일본 등의 스텔라레이터라(Stellarator)에서 강력한 자기장을 이용한 프로토 타입으로 핵융합을 실험하고 있습니다

아래 영상은 핵융합과 핵분열의 차이를 알려주는 간략한 동영상입니다

방사성 붕괴(radioactive decay)

방사성 붕괴는 불안정한 원자핵이 많은 에너지를 가지게 되면 안정된 상태로 돌아가기 위해 과도한 에너지를 방출합니다

숫자로 보는 원자력

10% : 2019년 기준 세계 전략량의 10% 이상 차지

40% : 한국에서 생산되는 전력의 40%가 원자력에서 발생

1위 : 프랑스는 세계에서 원자력을 가장 많이 쓰는 나라로 에너지의 70% 이상을 원자력에서 얻음

8만톤 : 지금까지 미국에서 나온 방사성 폐지물의 양으로 풋볼 구장 아래 20미터까지 채울 수 있음

100만톤 : 1993년 해양 투기 금지 전까지 100만톤의 저준위(ow-level radioactive waste) 핵 폐기물이 바다에 버려짐

7억5천만달러 : 소형 원자로를 건축하는 평균 비용

20년 : 원자력발전소를 짓는데 20년 내외의 시간이 걸림

수 천년 : 폐기물의 독성이 지속됨

원자폭탄(atom bomb)

2차세계대전 중 독일이 핵폭탄을 개발하려고 하자 미국은 1942년 맨해튼 프로젝트를 통해 미국의 역량을 총집중하고 영국과 캐나다가 공동으로 참여해 원자폭탄 개발에 착수합니다

1945년 7월 미국은 뉴멕시코의 로스앨러모스에서 최초로 원자폭탄 투하를 실험합니다

1945년 8월 6일 히로시마에, 9일 나가사키에 원자폭탄이 각각 투하되며 일본은 항복하게 됩니다

원자력(atomic energy) 발전소는 맨해튼 프로젝트에서 발생한 부가물(spin off)이라고 볼 수 있습니다

원자력의 문제점

방사성 폐기물(radioactive waste) 배출과 원자력 발전소 사고

원자력 발전소는 핵무기 제조가 가능하다는 의미이기에 원자력 발전소를 소유한 국가는 모두 잠재적 핵무기 보유국

1979년 미국 펜실베니아주의 Three Mile 섬의 원자력 발전소 사고

– 완화밸브 고장으로 시스템 내부에 열기가 축적되고 원자로의 노심(reactor’s core)이 가열돼 우라늄이 녹는 노심 용융(nuclear meltdown)이 발생하고 약 200만명이 피폭됨. 사망자 등은 알려지지 않음. – 이후 1979년부터 1988년 사이 미국에서 67개 원자력 발전소가 건설 취소됨

1986년 소련 우크라이나 체르노빌 발전소 사고 발생

– 4호 원자로에서 안전검사 도중 비상설비가 꺼짐 ==> 전력 급상승 ==> 우라늄이 녹는 것을 방지하는 제어봉이 노심에 들어갈때 걸리게 됨 ==> 8톤의 방사성 물질이 대기 방출 – 이 방사성 구름의 독성은 히로시마 폭탄의 400배였음

2011년 3월 후쿠시마 원자력 발전소 사고

– 지진과 쓰나미로 발전기가 고장나고 냉각시스템이 마비돼 노심 용융 사고가 발생함 – 2000년 당시 일본 전력 생산량의 30%를 차지하던 원자력은 일본의 에너지 독립의 주요 수단이었음 – 2002년부터 2011년까지 약 12개의 원자력 발전소를 건설중이었음

원자력의 미래

2050년까지 지구의 인구는 현재보다 늘어난 98억명으로 예상됩니다

원자력은 화석연료 사용으로 인한 탄소 배출을 억제하기 위한 가장 좋은 방법입니다

(2020년) 현재 전세계에서 원전 53개를 새로 짓고 있습니다

라는 것이 이 다튜멘터리의 결론입니다

원자력 연대기

1983년 독일의 유태계 화학자 리제 마이트너(Lise Meitner ), 오토한(Otto Hahn), 프리츠 슈트라스만(Fritz Strassmann)이 핵분열(nuclear fission)을 발견

1945년 7월 미국이 원자폭탄 최초 개발 및 전쟁에 최초 사용

1949년 소련이 세계 최초의 원자력 발전소 건설, 이후 핵폭탄 개발

1970년대 초반 핵무기와 원자력에 대한 대중들의 우려로 시위와 반대가 많아지자 투자가들은 원자력 대신 화석 연료를 선호

1973년 1차 유가폭등으로 원자력이 재부상

1970년에서 1985년 사이 현존하는 세계 원자로의 절반 이상이 건설됨

(끝)