원자력발전 - 원자력 에너지

산업화가 시작된 이후로 인류는 에너지를 만들어서 사용하기 시작했다.

오늘날 인류는 560EJ(엑사 줄)의 에너지를 연간 사용하고 있다. 실로 막대한 에너지가 아닐 수 없다.

이들 에너지는 대부분 석탄, 석유, 바람, 물, 태양, 그리고 원자력 에너지에서 얻어 필요한 형태로 변환해서 사용한다.

 

이중 원자력 에너지는 일반 가정용부터 잠수함, 함정에서 사용하는 에너지까지 상대적으로 적은 발전소의 개수에도 많은 에너지 생산량을 차지하고 있다.

 

이번 시리즈에서는 인류에 어마어마한 에너지를 공급하면서 동시에 엄청난 위험부담을 주고 있는 원자력 에너지, 특히 원자력 발전에 대해 알아보자.

---

원자력 에너지의 근원

화력에너지는 연료의 화학적 에너지를, 수력에너지는 물의 퍼텐셜 에너지를, 풍력에너지는 바람의 운동에너지를, 태양에너지는 태양의 빛이나 열 에너지를 사용한다.

그럼 원자력 에너지는 어떤 에너지를 근원으로 사용할까? 원자력 에너지는 에너지를 얻는 방식에 따라 핵분열, 핵융합, 방사성 붕괴로 3가지 방법이 있다.

 

세 가지 방법은 대중에게도 잘 알려진 다음 공식을 이용한다.

$E=mc^2$

아인슈타인이 만든 질량-에너지 등가 원리에 따르면 질량과 에너지는 동등한 것이며, 조금의 질량 손실은 빛의 속도 제곱에 해당하는 막대한 에너지를 만든다. 위 식에서 $E$는 에너지, $m$은 에너지 변화량, $c$는 빛의 속도이다.

이를 활용해서 질량을 없애는 반응(핵반응)을 통해 에너지를 얻는 것이며 그 질량을 없애는 방법에 따라 핵융합, 핵분열, 방사성 붕괴로 나뉘는 것이다.

---

오늘날 원자력 에너지의 쓰임

원자력 에너지는 매우 오랫동안 연료공급 없이 쓸 수 있다. 이 성질은 여러 곳에서 매력으로 다가왔다.

보이저호나 뉴 호라이즌스호 등의 탐사선들은 매우 멀리서 미션을 수행하여 태양에너지를 공급받을 수 없다. 이러한 탐사선은 방사성 원소의 방사성붕괴를 통하여 에너지를 얻는다.

또 잠수함에도 원자로가 있다. 엔진을 원자로로 바꾼 잠수함은 매우 오랫동안 연료를 재공급받을 필요가 없다. 이는 은신이 핵심인 잠수함에게는 엄청난 이점이다.

 

또 에너지 밀도가 높은 원자력 에너지의 성질은 상업용 원자로에 사용하기 딱 좋다. 적은 연료로 많은 에너지를 뽑아낼 수 있기 때문이다.