원자력

원자력 발전 - 사용후 핵연료의 처리

원자로에서는 우라늄으로 이루어진 핵연료를 사용하여 발전을 한다. 이 핵연료는 약 수년 정도 쓰면 발열량이 전기를 만들기엔 충분치 못해져서 더 이상 발전을 하지 못하게 된다. 따라서 사용 후 핵연료는 원자로에서 꺼내고 다시 새 핵연료를 장전해서 발전을 이어나간다. 그런데 이 핵연료는 발전만 못할 뿐이지 아직 격렬한 핵반응과 열을 내뿜기 때문에 그냥 놔두면 녹을 수도(멜트다운) 있다. 따라서 특수한 방법으로 잘 처리해야 한다. 과거에는 미래에 기술이 발달되면 사용 후 핵연료를 처리할 수 있을 것으로 믿고 처리를 미루었다. 하지만 시간이 지난 오늘날도 사용 후 핵연료가 문제이다. 오늘날, 이 사용후 핵연료는 어떻게 처리되고 있을까? 방법 탐색 과학자들은 사용후 핵연료를 처리하기 위해 여러 아이디어를 떠올렸다...

원자력 발전 - 원자력 발전

원자력발전은 큰 틀에서는 화력발전과 다르지 않다. 에너지원에서 나오는 열로 물을 끓이고 그 증기로 터빈을 돌려 에너지를 생산한다. 원자력발전과 화력발전의 차이는 그 에너지원이 무엇이냐의 차이이다. 화력발전은 화석연료이고, 원자력발전은 핵반응이다. 1차 계통이 원자력 발전소하면 떠오르는 회색 콘크리트 건물(격납건물) 안에 있는 구조물이다. 1차 계통 밖의 발전하는 부분은 2차 계통이다. 발전계통을 2부분으로 나눈 것은 사고 발생 시 방사선 누출을 최소화하기 위한 것이다. 1차 계통 1차 계통은 핵분열을 통해 열을 만드는 부분이다. 1차 계통에서는 물을 냉각재로 사용한다. 이 냉각제는 원자로와 열교환기를 순환하며 핵반응으로 생긴 열에너지를 열교환기를 통해 2차 계통으로 연결해준다. 이 물은 가압기로 매우 고..

원자력 발전 - 핵 연쇄반응

이전 글에서는 핵반응을 통하여 에너지를 얻는 방법에 대해 알아보았다. 질량 에너지 등가 원리를 사용하여 질량을 손실시키고 에너지를 얻는 것이다. 하지만 이 반응은 실제 에너지를 얻는 데 사용하기에는 비효율적인데 왜냐하면 반응이 계속 일어나려면 고에너지 입자를 계속 쏘아주어야 하기 때문이다. 이는 돈이 매우 많이 들고 현실적으로 어렵기 때문에 핵반응으로 에너지를 얻는 것은 과거에는 불가능하다고 여겨졌다. 하지만 이후 핵 연쇄반응이라는 개념이 등장하여 이 문제를 해결하고, 핵반응을 실용적으로 사용할 수 있게 하는 문을 열었다. 이번 글에서는 핵 연쇄반응에 대해 알아보자. 핵 연쇄반응 인류 최초로 핵반응에서 나온 에너지를 활용하고자 한 사례는 미국의 핵무기 개발 프로젝트, 일명 맨해튼 프로젝트이다. 맨해튼 프..

원자력발전 - 핵반응

핵반응 핵반응(Nuclear reactions)은 핵에 다른 입자를 충돌시켜서 핵의 구조를 바꾸는 반응이다. 화학반응과는 다르게 핵반응은 핵에 변화가 생기며 따라서 반응물과 생성물의 원소 종류가 다를 수 있다. 예를 들어 질소원자($_{\;7}^{14} \mathrm{N}$)에 알파 입자($\alpha$, $_2^{4}\mathrm{He}$)를 충돌시키면 양성자(${}_1^1\mathrm{H}$)가 생긴다. 이 반응은 다음과 같이 쓸 수 있다. $\mathrm{_2^4He+_{\;7}^{14}N\rightarrow_{\;8}^{17}O+_1^1H}$ 이때 산소가 생긴 것은 양쪽의 핵자의 종류와 개수를 맞추기 위함이다. $_2^{4}\mathrm{He}$ 은 중성자 2개, 양성자 2개를 가지고 있고 $_{..

원자력발전 - 방사선과 방사능

방사선과 방사능 일상에서는 방사선과 방사능을 그리 구분해서 쓰지 않는다. 그냥 일반적으로 부르는 데로 사용한다. 하지만 이 둘은 엄밀히 다른 것이며 핵물리학에서 다른 뜻으로 쓰인다. 방사선이란 방사선이란 에너지를 가진 입자나 파동이 공간(또는 매질)을 이동하는 것으로 쉽게 에너지의 흐름이다. 이 정의에 따르면 우리 주위의 모든 빛은 방서선이라고 할 수 있다. 빛 또한 에너지의 흐름이기 때문이다. 그렇다면 손전등의 방서선과 원자로의 방사선은 무엇이 다를까? 이 둘은 방사선의 종류가 다르다. 방사선은 성질에 따라 이온화 방사선(전리 방사선, ionizing radiation)과 비이온화 방사선(비전리 방사선)으로 나뉜다. 이온화 방사선은 다른 원자나 분자 등의 입자를 이온화시키기 충분한 에너지를 가진 방사선..

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, ..