원자력 발전소 원리 - wonjalyeog baljeonso wonli

신고리2호기 한국형 원자로 설치

(서울=연합뉴스) 원자력 발전소를 설계ㆍ건설ㆍ운영하는 기술력은 공학기술의 총아라고 할 만큼 기술과 지식이 집약된 첨단 분야여서 이번 아랍에미리트(UAE) 수출 성사는 한국의 과학기술 수준을 세계에 과시하는 계기가 될 전망이다. 사진은 금년 2월 부산 기장군 장안읍 고리원전 인근에 위치한 신고리1.2호기 건설 현장에서 2호기에 원자로를 설치하는 기념행사가 열린 가운데 공사 관계자들이 원자로 앞에서 박수를 치는 모습. 2009.12.27 << 연합뉴스 DB >>

(서울=연합뉴스) 김경희 기자 = 27일 한국전력공사 컨소시엄이 최대 규모의 아랍에미리트(UAE) 원자력 발전소 수주에 성공함에 따라, 원자력 발전에 대한 관심도 커지고 있다.

원자력 발전이란 우라늄이 핵분열할 때 나오는 열로 증기를 만들어 그 힘으로 터빈을 돌려 전기를 생산하는 발전 방식이다.

지난 1942년 이탈리아계 미국인인 엔리코 페르미가 핵분열 연쇄반응을 발견한 이후, 1954년 구(舊) 소련에서 세계 최초의 흑연감속형원자로인 오브니스크(OBNINSk.5㎿)를 가동하며 본격적인 원자력 발전이 시작됐다.

영국과 미국에서는 56년과 57년 한발 늦게 원자력 발전을 시작했고, 우리나라는 62년 연구용 원자로인 TRIGA MARK-2(100㎾)가 가동된 이후 78년 고리 1호기가 최초로 상업운전을 시작하며 원자력 시대를 열었다.

원자력 발전의 원리는 석탄을 때서 물을 끓이고, 여기서 나오는 증기의 힘으로 전기를 만드는 화력 발전과 동일하다.

다른 점이라면 화석 연료 대신 우라늄 원자가 핵분열하며 발생하는 에너지를 사용한다는 사실이다.

모든 물질을 구성하는 원자는 양성자와 중성자로 구성된 원자핵과 그 주위를 돌고 있는 전자로 구성된다. 우라늄과 같이 무거운 원자핵이 중성자를 흡수하면 원자핵이 쪼개지는데, 이 과정이 핵분열이다.

원자핵이 분열하면 많은 에너지와 함께 2,3개의 중성자가 나오고, 이 중성자가 다른 원자핵과 부딪치면 또다시 핵분열이 일어난다. 이러한 연쇄반응에서 생기는 에너지가 원자력이다.

우라늄 1g이 핵분열할 때 나오는 에너지는 석유 9드럼, 석탄 3t을 태울 때 나오는 에너지와 맞먹는다. 그야말로 막대한 에너지원이다.

이 때문에 원자력은 20세기 내 논란의 소재였다.

에너지원 자체로서 가능성은 매력적이지만 대량살상무기와 연결될 경우 걷잡을 수 없는 대재앙과 연결되는 데다, 평화적 사용에 한정된다 하더라도 체르노빌과 같은 원전폭발의 위험성과 방사성폐기물 문제 등이 해결되지 않았기 때문이다.

그러나 최근 기술 발전으로 위험성이 어느 정도 제어가능한 수준에 도달하고 탄소중립이 새로운 가치로 떠오르며, 원자력 발전은 화석연료를 대체할 에너지원으로 다시 주목받고 있다.

신고리 4호기의 시운전 소식에 따라 원자력 발전에 다시 한 번 시선이 모이고 있는데요, 아무래도 원자력이라는 단어를 들으면 두려운 마음이 먼저 드는 분들이 많은 것 같아요. 괜히 불안함이나 반감, 거부감을 가지는 분들도 있지요. 그럼에도 불구하고 원자력 발전은 세계적으로 점점 더 늘어나고 있는 추세인데요, 왜 이런 현상이 일어나는 걸까요? 왜 사람들은 원자력을 포기할 수 없을까요? 오늘은 이 부분에 대해서 함께 알아보고 생각해보는 시간을 가져보도록 해요!

인류는 이미 발전된 문명 속에서 살고 있습니다. 석탄과 석유 같은 화석 에너지를 사용하기 시작하면서 우리는 지금과 같은 삶을 살기 시작했습니다. ‘산업혁명’이라는 말도 있죠. 이 ‘산업혁명’을 분기점으로 해서 인류의 생활방식은 큰 변화를 맞이하였답니다. 개인이 사용하는 에너지의 양도 훨씬 늘어났어요. 석탄을 사용하면서 증기기관과 같은 열기관이 급속하게 발전했고, 석유를 사용하면서 자동차, 비행기, 선박 등의 운송수단이 크게 발전하게 됐는데요, 이 문명 속에서 삶을 지속하기 위해서는, 일차적으로 문명이 유지되어야겠죠. 그러나 화석에너지는 소모되는 에너지이기 때문에 그 한계가 분명합니다. 지구에 매장되어 있는 양이 한정적이며 급속도로 줄어들고 있기 때문이에요. 더군다나 이 화석에너지는 태우면서 발생시키는 수많은 오염물질로 인해 환경오염의 주범으로 손꼽히고 있어요. 대체에너지가 절실한 상황입니다. 환경을 덜 오염시키면서도 효과를 극대화할 수 있는 에너지의 발견이 시급한 상황에서 여러 종류의 신재생 에너지들이 우리의 시선을 끌고 있습니다만, 아직까지는 효율이 높지 않거나 기술이 따라주지 않고 있습니다. 화석에너지의 고갈이 점점 더 가까워지고 있기 때문에 안정적인 에너지 마련책이 뒷받침되지 않은 채 지금과 같은 상황이 지속될 경우, 어쩌면 문명 유지에까지 치명적인 결과를 가져올지도 모릅니다. 그런 상황에서 대안으로 가장 가능성 있는 에너지로 주목받고 있는 것이 바로 원자력 에너지입니다.

때문에 관리소홀로 벌어진 체르노빌 사건 이후로 주춤했던 미국과 유럽에서의 원자력 발전도 다시금 진행되고 있는 상황입니다. 에너지의 대부분을 수입에 맡겨야만 했던 아시아권 국가들은 불안함 속에서도 원자력발전을 발전시킬 수밖에 없었는데요, 지금은 그게 오히려 약으로 작용하고 있습니다. 한국은 해외 원자로 건설에서 우수한 실적을 보유하고 있거든요. 최근에는 아랍에미레이트에 한국형 원전이 첫 수출되어 한국원전의 우수한 기술력과 안전성을 널리 알리게 되었습니다. 한국원전의 해외 수출로 인해 한류 열풍도 불고 있다고 하네요!

원자핵은 양성자와 중성자로 구성되어 있습니다. 이들이 핵을 이루고 있기 때문에 핵자라고도 부르는데요, 이 핵자들을 완전히 분리해서 자유로운 입자들로 만드는 데 필요한 에너지를 핵자의 개수대로 나눈 것을 평균 결합에너지라고 합니다. 이 평균 결합 에너지는 핵자의 수에 따라 달라지겠죠? 평균 결합 에너지가 크면 클수록 더 안정된 핵이라는 뜻이랍니다. 이때, 작은 원자핵이 결합하여 더 크고 안정된 원자핵으로 변모하는 것을 핵융합이라고 하고, 큰 원자핵이 분열하여 더 작고 안정된 원자핵으로 변환되는 것을 핵분열이라고 합니다.핵융합이나 핵분열을 통해 더 안정된 원자핵으로 변할 때 여분의 에너지가 발생하게 됩니다. 물론 원자핵은 매우 작기 때문에, 하나의 원자핵에서 방출하는 에너지는 매우 작지요. 하지만 원자핵 분열은 매우 빠르게 일어날 뿐만 아니라 대량으로 진행될 수 있습니다. 1그램의 우라늄 속에는 1조의 25억배에 달하는 원자가 들어있는데, 이 원자가 연쇄반응에 의해 모두 분열하는 데에는 1백만분의 1초밖에 걸리지 않아요. 우리는 이 연쇄반응의 속도를 조절하여 핵반응 시에 나오는 에너지를 원자력 에너지라고 부르며 사용하고 있습니다.

사실 전문가들은 큰 핵을 작은 핵으로 쪼개는 핵분열에너지보다는, 작은 핵이 큰 핵으로 융합될 때 나오는 에너지를 사용하는 게 더 안전할 거라고 보고 있습니다. 방사성 폐기물을 거의 배출하지 않으면서도 무한정으로 에너지를 만들 수 있을 거라고 여겨지기 때문인데요, 아직은 핵융합 에너지를 사용하기 위한 기술적인 문제들이 충족되지 못하고 있는 상황입니다. 그러나 많은 나라에서 기술적인 장벽을 극복하기 위해 노력하고 있기 때문에, 멀지 않은 미래에 좀 더 안전하고 안정적인 핵 에너지를 사용할 수 있으리라는 전망입니다. 풍부한 에너지를 사용하면서도 말이에요! 어떻게 보면, 우리는 과도기를 살고 있는 셈이죠. 기술이 부족하고 대안이 없으니 이 시기를 현명하게 거쳐나가는 것이 우리가 가진 숙제가 아닐까합니다.

그렇다면 원자력의 효율성에 대해서 조금 더 자세하게 알아보도록 하겠습니다. 앞서 핵분열이 얼마나 짧

은 시간동안 얼마나 크게 일어날 수 있는지를 살펴보았는데요, 우라늄 1kg에서 나오는 에너지는 석탄 에너지가 1500톤에서 나오는 에너지보다 많다고 해요. 아주 적은 양의 연료로도 큰 에너지를 얻을 수 있다는 게 가장 큰 장점이겠죠.

원자력발전방식은 다른 발전방식에 비해 초기 건설비용이 높은 편이지만, 원료비가 월등히 싸기 때문에 결과적으로는 발전비용이 가장 적게 든다고 할 수 있습니다. 또 이후 기술이 발전하면 우라늄을 재활용할 수 있어 자원고갈문제도 염려할 필요가 없습니다. 화석연료를 태울 때 발생하는 이산화탄소, 아황산가스, 질소산화물 등의 유해물질이 방출되지 않아 현재 범지구적으로 큰 문제가 되고 있는 온실효과나 산성비 등의 기후문제, 생태계 위협 요인들을 제거할 수도 있지요. 기술의 특성상 최첨단 기술이 종합되어야 하는 기술집약형 발전방식이므로 과학 및 관련산업의 발달을 크게 촉진키질 수도 있습니다.

한국은 앞으로 사용한 핵연료를 재처리(재활용)하고 고속증식로(액체금속로)를 개발하는 계획을 추진하고 있습니다. 고속증식로가 개발될 경우, 우라늄을 수입하지 않고도 재처리로부터 얻어진 우라늄과 플루토튬을 통해 수백년 이상 원자력 발전을 계속 할 수 있기 때문이지요.

최근 운영허가를 받은 한수원의 신고리4호기

신고리 4호기 이후 신한울 1,2호기의 가동이 뒤이어 예정되어 있는데요. 이에 따라 지난 23일에는 원자력 안전에 대한 토론회가 개최되었습니다. 이상민(과학기술특별위원장 겸 정보통신특별위원회 위원장) 의원이 주최한 이 토론회에서는 “미래 에너지 수급에 있어 다양한 에너지 믹스를 고려하는 상황에서 중요한 역할을 하고 있는 원자력 안전에 대한 현장의 의견을 듣고 향후 원자력이 안전한 에너지로서 관리될 수 있는 방안을 모색”하기 위한 여러 가지 대책들이 제시되었습니다. “현장에서 본 원자력 안전관리의 문제점”을 지적하면서, “현장중심 안전관리의 필요성과 개선방안”에 대해 이야기를 나누었고, “원자력 안전규제의 적용현황과 안전기준 강화 종합 대책 등 국민이 신뢰할 수 있는 원자력 발전소를 만들기 위해 추진되고 있는 과제”에 대해 발표하기도 했습니다. 토론회에서는 ‘현재 발전소의 안전수준’은 물론이고 ‘운영기술이나 안정성, 사고시 대응’ 등에 대해서도 이야기를 나누었습니다. 또한 ‘안전불감증으로 국민들에게 불안함을 주었던 상황을 반성’하면서 앞으로의 대책과 정책 마련에 대해 전문가들의 의견을 공유했습니다. “원자력이 에너지 수급 역할을 하는 동안에는 안전하게 운영되어야 하고, 이를 위해 필요한 정책을 마련한 후 시민단체나 규제기관, 원전사업자와 고민하겠다”는 의견을 밝히기도 했지요.

원자력은 아직까지는 우리에게 꼭 필요한 자원이니만큼, 어떻게 현명하게 다룰 수 있을지를 함께 고민하는 과정이 반드시 필요한 것 같습니다. 당장 한 사람이 하루에 사용하는 에너지의 양을 생각해봐도, 우리 모두가 조금씩 책임을 분담하고 있기 때문이지요. 앞으로 더욱 활발한 대화의 장이 마련되어 국민들이 의견을 표출하고, 그를 정책적으로 전환할 수 있는 자리가 더 많이 생기기를 기대해봅니다. 대한민국의 안전한 에너지 생활에, 한수원도 함께하겠습니다.