우라늄 1ｇ이면 석탄 3톤과 맞먹어 > 자유 게시판

1954년 6월 옛소련 모스크바 교외의 작은 도시 오브닌스크에 세워진 원자력발 전소가 시운전에 성공했다.
이 원자로는 5000㎾ 발전을 할 수 있는 것으로 비록 규모는 작지만 세계 최초 발전용 원자로였다.

물론 당시에도 연구용 원자로나 실험용 원자로는 선진국 여러 곳에 많이 세워 져 각기 그 목적에 따라 사용되고 있었다.

최초로 원자폭탄을 개발한 미국보다 먼저 원자력의 평화적 이용에 앞장서게 된 소련으로서는 큰 자랑거리가 아닐 수 없었다. 따라서 세계 100여 나라 저명인 사 8000여 명이 줄줄이 이 발전소를 방문하게 되었다.

제3의 불인 원자력은 인류를 위협하는 살상무기로 먼저 등장했다가 이처럼 대 량으로 전기를 공급할 수 있는 원자력 발전소로 이어지게 되었다.

핵분열은 같은 우라늄이라도 천연 우라늄의 대부분을 차지하는 우라늄 238이 아니라 0.719%밖에 없는 우라늄 235에서만 일어난다.

우라늄 235 원자가 중성자 1개를 흡수해 핵분열을 하면 새로 만들어지는 물질 은 일정하지 않고 여러 가지 형태로 나타난다. 그중 바륨(56Ba)과 크립톤(36Kr )으로 분열되는 경우를 예로 들어본다.

핵분열을 하게 되면 분열 전의 우라늄 원자와 중성자 1개의 질량 합보다 핵분 열 후의 바륨과 크립톤 그리고 새로 생성된 중성자 2~3개의 질량 합이 더 적다 . 이 적어진 양이 에너지로 변화된 것이다.

그럼 질량이 적어져서 변화된 에너지의 양은 도대체 얼마나 될까. 대수롭지 않 게 생각될 수 있지만 사실 엄청나다.

우라늄 235가 핵분열을 할 때 발생하는 에너지는 같은 무게의 석탄이 탈 때의 약 300만배, 석유의 약 220만배에 해당한다.

즉, 우라늄 235 1g이 완전히 분열할 때의 에너지는 석탄 3ｔ 또는 석유 9드럼 을 태울 때 나오는 에너지와 맞먹는 양이다.

특히 핵분열이 일어날 때는 이 같은 많은 에너지와 함께 2~3개의 중성자도 함 께 나온다.

그 중성자가 다른 원자핵에 흡수되면 또다시 핵분열이 연속적으로 일어나게 되 는데 이를 핵분열의 연쇄반응이라 한다.

이런 연쇄반응을 서서히 일어나게 하면서 필요한 만큼의 에너지를 안전하게 뽑 아낼 수 있게 하는 장치가 바로 원자로이다.

언론 보도에 흔히 나오는 '경수로'니 '중수로'니 하는 단어는 이 원자로의 종 류를 일컫는다.

원자로에는 중성자의 속도를 느리게 해 핵분열이 서서히 일어나게 하는 감속재 와 가열된 원자로를 식히는 냉각재 등이 사용된다. 경수로와 중수로의 차이는 바로 감속재와 냉각재 종류로 구분된다.

경수로는 감속재와 냉각재로 경수(輕水)를 사용하고 중수로는 중수(重水)를 사 용한다.

가벼운 물을 뜻하는 경수는 우리가 일반적으로 사용하는 보통의 물이다. 그러 나 보통의 물보다 1.2배가량 무거운 중수는 보통 물 가운데 약 6500분의 1이 포함되어 있을 뿐이다.

우리나라는 월성원자력발전소만 중수로형이며 나머지 고리ㆍ영광ㆍ울진 등은 모두 경수로형이다.

경수로의 특징은 냉각재 및 감속재로서 보통의 물을 사용하기 때문에 상대적으 로 비용이 적게 든다.

그러나 2~4%로 농축된 핵연료를 사용해야 하는 단점이 있다.

핵연료를 농축하는 데는 비용이 많이 들 뿐만 아니라 고도의 기술이 필요하다. 이에 비해 중수로는 농축하지 않은 천연 우라늄을 그대로 사용할 수 있다.

하지만 감속재로 사용하는 중수를 얻는 기술이 어려워 순수한 중수 한 컵은 고 급 위스키 한 잔에 해당할 만큼 가격이 비싸다.

또 중수로는 핵연료로 천연 우라늄을 사용하기 때문에 발전소의 덩치가 커야 하므로 발전소를 건설하는 데 드는 경비가 경수로보다 훨씬 많이 든다.

하지만 무엇보다 경수로와 중수로가 국제적으로 민감한 사안이 되는 것은 사용 후 핵연료의 차이에 있다.

원자력 발전시 우라늄 235와 함께 핵연료로 사용되는 우라늄 238은 그 일부가 플루토늄 239로 변하게 된다.

플루토늄은 우라늄 235와 똑같이 핵분열을 하는 물질이므로 원자력 발전의 원 료가 될 수 있다.

플루토늄 239는 현재 가동되는 경수로에서도 재사용할 수 있지만 고속증식로에 서 사용할 경우 이용 효율을 60배로 늘릴 수 있다.

현재 천연 우라늄의 고갈 시점을 60년 후라고 볼 때 플루토늄을 재처리 사용할 때 단순 계산으로도 3600년 이상 원자력 발전이 가능하다.

그러나 원자로 종류에 따라 만들어지는 플루토늄의 질에 차이가 있다. 경수로 에서 사용 후 핵연료로 나오는 플루토늄은 중수로에 비해 양이 적을 뿐 아니라 순도가 70%를 넘지 못한다.

이에 비해 중수로는 천연 우라늄을 사용하므로 우라늄 238의 농도가 더 높아 경수로보다 더 높은 순도의 플루토늄을 얻을 수 있다.

이런 이유로 북한에 제공되는 원자로는 중수로가 아닌 경수로에 초점이 맞춰지 고 있다. 왜냐하면 핵폭탄을 만들 수 있는 우라늄 235나 플루토늄 239는 그 순 도가 90% 이상 되어야 하기 때문이다.





매일경제

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