옳다꾸나!!

원자력 발전의 시작에서 빠질 수 없는 분이 있습니다. 바로 베크렐(Henri Becquerel)입니다. 그는 우라늄에서 방사선이 나온다는 것을 최초로 발견한 학자입니다. 그리고 유명한 마리 퀴리(Marie Curie)의 스승이기도 하지요.

수염이 간지나는 미중년 베크렐

마리 퀴리와 피에르 퀴리 부부

베크렐을 기리기 위해 방사선의 단위는 Bq(베크렐)입니다. 그리고 퀴리 부부의 없적을 기리기 위해 Ci(퀴리)도 방사선 세기의 단위이지요. (1 Ci = 3.7×10¹⁰Bq) 참고로 1 Ci는 원자핵의 분열이 3.7×10¹⁰ 번 일어나는 방사선 물질의 양입니다. 상당히 큰 단위이기 때문에 사람이 직접 맞으면 매우 매우 안 좋습니다. 제가 주로 사용하는 방사선 선원의 세기는 대략 수백 µCi에서 수 mCi 단위입니다. 그래도 가이거 계수기를 갖다대면 삑삑 거리지요.

이 세명 외에도 중요한 사람이 누구냐면… 중성자를 발견한 체드윅(Sir James Chadwick)입니다. 그가 중성자를 발견하였기에 중성자의 성질에 대해 연구하게 되었고 이는 엔리코 페르미(Enrico Fermi)가 핵분열의 컨셉을 잡았고 오토 한(Otto Hahn)과 프리츠 스트라스만(Fritz Strassmann)이 핵분열 현상을 관찰할 수 있도록 하는 계기가 되었습니다.

다음에서 ‘오토 한’ 으로 이미지 검색한 결과

기본적으로 핵분열은 그 유명한 아인슈타인의 공식인 ‘E = mc²’에서 나왔습니다. 질량과 에너지는 서로 교환될 수 있다는 이 혁명적인 공식 덕분에 어떻게 하면 질량이 에너지로 변환되는가를 연구하게 되었고, 우라늄-235(²³⁵U)에 중성자를 충돌시키면 스트론튬(⁹⁰Sr)과 제논(¹⁴³Xe)과 같은 보다 원자핵 수가 적은 물질들로 분열된다는 사실을 발견한 것입니다. 아래 그림이 그 예시입니다. 한번의 분열과정에서 약 200MeV의 에너지가 생성되고 중성자가 2~3개 생겨납니다. 이 중성자는 다른 우라늄에 들어가서 반응을 계속합니다. 이를 Chain reaction이라고 하는데, 경수로 발전소는 연료 리터당 50~100kWth의 에너지를 냅니다. 이 엄청난 에너지는 결국 2차 세계대전에서 일본의 패망을 알리는 핵폭탄을 만드는데 사용되었습니다.

 

우라늄의 분열.jpg

2차 세계대전이 끝나고 1953년에 미쿡 대통령 아이젠하워는 “Atom for Peace”라는 주제로 UN에서 연설을 합니다. 당시 핵보유국은 미국, 소련, 영국 이었는데요. 미국과 소련은 외계인들을 갈궈서 자체적으로 핵폭탄을 개발하였고, 영국은 이미 미국과 핵개발을 한 전력이 있기에 보다 쉽게 개발을 완료한 상태였습니다. 연설의 취지는 좋았지만 자신들의 패권을 보다 쉽게 지키기 위함이라는 비난을 피할 수 없었습니다. 특히 프랑스에게 말이죠(결국 프랑스는 1960년에 핵개발에 성공합니다. 이에 관한 재밌는 이야기는 sonnet님의 블로그에서….[클릭]). 어쨌든 아이젠하워 대통령의 연설 덕분에 IAEA(북한에 핵사찰간다는 단체입니다. 물론 그 외에도 많은 일을 하지요)가 생겼고, 우리나라 학자들도 1955년에 제네바에서 열린 국제원자력평화회의에 참석해서 국제무대에 데뷔합니다. 이후 우리나라의 원자력발전은 미국의 감시협력이 가장 큰 역할을 하게됩니다.

그럼 우라늄이 어떻게 실제 원자력 발전에 사용되는지 보겠습니다. 우선 우라늄 광석을 캐내고 자연상태에서는 전체의 0.71% 정도만 들어있는 우라늄-235를 농축시켜서 농도를 높입니다. 실제 원자력 발전소에서 사용하는 핵연료는 우라늄-235 농도가 3.3% ~ 5% 정도인데요. 여기서 농축을 계속하면 원자폭탄이 되어버리기 때문에 IAEA나 미국에서 그렇게 핵연료 재처리에 관심을 쏟아붓는 것입니다.

이렇게 농축된 원료는 분말상태에서 원기둥 모양으로 바꿉니다. 이를 펠렛(pellet)이라고 합니다. 그리고 이 펠렛을 핵연료봉에 넣으면 준비가 끝납니다. 이런 펠렛을 만드는 방법과 이를 연료봉으로 다시 만드는 방법에는 정말 여러가지가 있는데요. 우리나라에서는 발전소를 웨스팅하우스 사(社) 기술로 만들어서 처음에는 그네들이 쓰던 연료봉을 쓰다가 최근부터는 우리나라에서 만든 PLUS7이라는 연료봉을 씁니다(전부는 아니고 20개 중 8개 발전소에서).

그럼 최초의 원자력 발전소는 어디서 만들었는가하면…. 역시 킹왕짱 미국이었습니다. 세계전쟁이 끝나자마자(1946) 원자력법을 제정하고 1951년에 최초의 원자력 발전소를 세웁니다. 단 이는 전력으로 사용되지는 못했습니다. 최초의 상업용 발전소는 소련 형님들이 만들었습니다. 1954년에 만들어진 Obninsk APS-1 발전소는 전력도 생산해내는 진정한 의미의 발전소였지요. 내전 시대의 대부분 산업이 그랬듯이, 원자력 발전소 기술 경쟁 역시 치열했습니다. 결과적으로 미국은 현재 104기의 원자력 발전소를 가지고 있으며(세계 1위) 러시아는 31기의 원자력 발전소를 가지고 있습니다(세계 4위, 그러나 최근들어 어마어마하게 짓고 있습니다. 국내에 40기, 해외에 60기).

우리나라의 경우 1973년 석유 파동 이후로 원자력 발전에 본격적인 관심을 투자해서 첫번째 원자력 발전소인 고리 1호기는 1978년에 가동을 시작했습니다(세계에서 21번째). 이후 계속 발전소는 늘어나서 현재 우리나라에 있는 원자력발전소는 가동중인 발전소가 20기, 건설 중인 발전소는 6기, 건설 예정인 발전소가 4기있습니다. 가동중인 발전소는 고리, 월성, 영광, 울진 이렇게 네 군데에 있고 건설 중인 발전소나 건설 예정인 발전소도 이 동네에 있습니다. 보다 자세한 상황을 알고 싶으시면 한국수력원자력(줄여서 한수원) 홈페이지를 참고하세요(네… 선덕여왕 끝나고 나오는 그 스폰서입니다). 여기서 현재 가동중인 원자력 발전소의 상황도 볼 수 있습니다.

 

각 나라의 첫번째 원자력 발전소 건설 연도.jpg

현재 원자력 발전소는 계속 증가하고 있습니다. TMI와 체르노빌 발전소의 사고 이후 2000년대까지 발전소 건설은 줄어드는 추세였지만(우리나라는 아니었습니다. 역시 한민족), 2000년대 들어서 다시 활발히 건설중입니다. 앞에서도 말했지만 러시아는 국내에서만 40기의 원자력 발전소를 새로 짓고 있거나 지을 예정이며 중국 역시 적어도 40기의 원자력 발전소를 지을 예정입니다(국내외 전문가들은 100기도 예상했습니다만, 원자바오 총리가 40기라고 했다더군요). 미국도 다시 원자력 발전소를 짓고 있으며, 동남아 지역과 동유럽 지역에서도 활발히 건설이 예정되었습니다. 2020년 이내에 50개 국가가 새로 원자력 발전소 패밀리에 든다고 합니다. 덕분에 우리나라에서도 해외 수출에 박차를 가하고 있습니다. 얼마전에 신문에도 나왔던 UAE 원전사업도 그 일환입니다.

이번에는 이정도로 마치겠습니다. 다음번에는 각 나라별 원자력 발전의 역사를 나누어서 보다 자세히 살펴볼까 합니다. 강의 자료 순서에 따라(…) 미국부터 시작하겠군요.