원자력발전의 원리와 구조 > 자유 게시판

연쇄반응으로 2000℃이상 열 발생
원자로는 화력발전의 보일러 역할

지난해 말 우리나라는 원자력 기술개발 반 세기만에 겹경사가 있었습니다. 바로 요르단에 연구용 원자로 건설사업을 수주한데 이어 아랍에미리트연합(UAE)의 상용원전을 수출하는 계약을 체결했기 때문인데요. 연이은 원자력 일괄 시스템이라는 `수출대박' 행진에 원자력계는 물론 국민 모두 기쁨을 감추지 못했습니다.

이에 정부는 원자력 산업을 수출산업으로 육성하기 위한 각종 정책을 내놓고 이에 대한 투자를 한층 강화해 나가기로 했습니다.

덩달아 일반 국민에게도 원자력이 친숙하게 다가서면서 원자력발전에 대한 관심이 점점 커지고 있는 상황인데요. 그럼 원자력발전의 원리와 구조에 대해 알아보도록 하겠습니다.

◇원자력발전의 원리는=우선 원자력발전은 핵분열 때 생기는 에너지를 이용해 터빈을 돌려 전기 에너지를 만드는 원리를 통해 이뤄집니다. 핵분열이 일어나면 많은 에너지와 함께 2∼3개의 중성자가 함께 나오는데, 이 중성자들은 주변의 다른 우라늄 원자핵과 부딪쳐 또다른 원자핵 분열을 일으키게 됩니다. 이렇게 연속해서 원자핵 분열이 일어나는 현상을 핵분열 연쇄반응이라고 하는데요.

원자력이란 핵분열이 연쇄적으로 일어나면서 생기는 커다란 에너지를 말합니다. 핵분열 연쇄반응이 일어나면 연료봉이 섭씨 2000도 이상으로 달아 오르면서 엄청난 열이 발생하는데 그 열로 물을 데워 증기를 만들 수 있습니다. 이 증기의 힘으로 터빈을 돌려서 전기를 만든다는 점에서 원자력발전은 화력발전과 다를 게 없는 셈인데요.

즉 화력발전이 석탄이나 석유를 태워 나오는 열로 증기를 만든다면, 원자력발전은 우라늄이 핵분열할 때 나오는 열로 증기를 만들게 되는 것입니다.

◇원자력발전의 구조는=원자력발전에서는 원자로가 화력발전의 보일러와 같은 역할은 하고 있습니다.

원자로는 핵분열 연쇄반응이 빠르게 일어나 원자폭탄처럼 폭발하지 않고 서서히 일어나도록 조절하면서 필요한 만큼의 에너지를 안전하게 뽑아 쓸 수 있게 만든 장치입니다. `전기 만드는 공장'인 원자력발전소의 시설 중에서도 가장 핵심적인 장치가 바로 원자로인 셈인데요.

핵분열 연쇄반응을 사람이 마음대로 조절하면서 전기를 효율적으로 생산할 수 있도록 원자로 안은 매우 복잡하게 이뤄져 있습니다. 우선 핵분열 연쇄반응을 일으키는 핵연료가 들어있고, 핵연료가 걷잡을 수 없이 연쇄반응을 일으키지 않도록 중성자의 수를 적당히 조절해 주는 제어봉이 있습니다.

이와 함께 핵분열이 연쇄적으로 일어날 때 발생하는 엄청난 열을 식혀주는 냉각재도 필수적입니다. 냉각재는 핵연료에서 발생하는 열을 빼앗아 뒀다가 차가운 물을 만나면 그 열을 전달해서 증기를 만들어 내는 `전달자 노릇'을 하는데요. 냉각재는 사고가 나면 핵연료와 직접 맞닿아 있어 높은 방사능을 띄고 있습니다. 이런 위험 때문에 원자력발전소에서는 냉각재가 갈 수 있는 길과 갈 수 없는 길을 엄격히 구분하고 있습니다.

냉각재가 흐르는 길을 1차 계통이라고 하는데, 1차 계통은 원자로와 원자로 냉각재 펌프, 증기발생기, 가압기 등으로 이뤄져 있습니다. 우라늄 연료가 분열하면서 만들어 낸 열을 지닌 냉각재가 증기발생기로 가서 차가운 물과 만나면 물이 끓게 됩니다. 이 때 물이 끓으면서 나오는 증기로 전기를 만드는 것입니다.

2차 계통은 냉각재가 절대로 갈 수 없는 길입니다. 2차 계통은 증기발생기에서 발생한 뜨거운 증기로 터빈과 발전기를 돌려서 전기를 생산하는 부분인데요. 이 곳은 증기발생기에서 1차 계통과 서로 맞닿아 열을 주고받지만 1차 계통 안의 방사능 물질들이 2차 계통으로 옮겨가지 않도록 벽으로 엄격하게 차단돼 있습니다. 비닐 팩에 들어있는 보약을 뜨겁게 끓고 있는 물에 넣으면 따뜻하게 데워지지만 물과 보약이 섞이지 않는 것과 같은 원리인 것인데요.

원자력발전소에는 이외에도 원자핵 분열 때 발생하는 방사능 물질이 외부로 새 나가지 않도록 여러가지 안전장치가 설치돼 있습니다.

이처럼 원자력발전의 생명은 결국 안전입니다. 이러한 이유 때문에 원자로를 설계할 때부터 아주 엄격하게 사고방지 대책을 세우고 있습니다. 만약에 이상 사태가 발생하더라도 사고가 커지거나 방사성 물질이 외부로 새 나가는 것을 막는 여러 겹의 철통같은 안전장치가 마련돼 있어 믿고 안전하게 사용할 있게 되는 것입니다.