양날의 검 원자력발전의 원리와 장단점 그리고 위험성

원자력 발전의 원리와 배경

1938년 방사능 과학과 원자 구성 요소를 설명하는 새로운 핵물리학 연구에 대한 40여 년의 연구 끝에 핵분열을 발견하게 됩니다. 핵분열 과정이 발견되고 핵분열을 일으키는 핵이 더 많은 핵분열을 유도합니다. 그럼 자체적으로 연쇄적으로 지속하는 연쇄 반응을 유도할 수 있다는 사실을 발견합니다.

 

하지만 이 핵분열을 이용하여 폭발을 일으키는 원자폭탄을 제2차 세계대전 중 사용하기에 이르렀습니다. 미국은 1945년 7월 최초의 핵무기인 트리니티 실험이 진행되었고, 한 달 뒤 히로시마와 나가사키에 원자폭탄이 투하됩니다. 그 외에도 이 원자력을 이용하여 잠수함과 항공모함에 적용하게 됩니다.

 

 

쉽게 말하자면 원자력 발전은 전기를 생산하기 위해 핵반응을 이용하는 것입니다. 원자력은 핵분열, 핵융합, 핵붕괴 반응에서 방출되는 열에너지를 이용하여 전기를 생산하는 화력발전소입니다.

 

즉, 우라늄과 플루토늄의 핵분열을 통하여 열을 발생시키는 핵반응이 일어나는 원자로, 내부의 열을 제거하는 냉각 시스템, 열을 기계에너지로 바꿔주는 증기 터빈, 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기로 구성되어 전기를 생간 하게 되는 것입니다.

 

연료 순환의 한 번에 농축 우라늄을 가진 열원자로를 사용하여 대부분의 원자력 발전소들을 가동합니다. 연료는 중성자 흡수 원자의 비율이 너무 커서 연쇄 반응을 더 이상 지속할 수 없을 때 교체합니다. 이는 일반적으로 한번 사용할 때 3년 정도 사용합니다. 그다음 사용된 연료를 연료풀에서 몇 년 동안 냉각된 다음 장기 저장고로 옮겨집니다.

 

사용 후 연료는 양이 적어지지만 높은 수준의 방사성 폐기물로 방사능이 기하급수적으로 감소하는 동안 수십만 년 동안 생물권에서 격리되어야 합니다. 그로 인해 고속원자로와 같은 새로운 기술이 그 기간을 단축시켜 줄 수 있습니다.

 

사용 후 연료는 대부분 핵분열성 물질이기 때문에 일부 국가에서는 새로운 연료에서 제조를 위해 핵분열성 및 비옥한 요소를 추출하여 사용 후 연료를 재처리합니다. 하지만 이 과정은 채굴된 우라늄에서 새 연료를 생산하는 것보다 더 많은 비용이 듭니다.

 

1950년대 최초의 원자력 발전소가 지어졌으며 전 세계에 설치된 원자력 용량은 1970년대 100GW, 1990년대 300GW, 2022년 390GW로 소폭 증가하였는데 이는 1986년 소련의 체르노빌 사고는 원자력 발전소에 대한 규제와 대중의 반대를 증가시켰기 때문입니다.

 

하지만 원자력 발전은 다른 에너지원에 비해 발생하는 에너지 단위당 사상자 수가 가장 낮은 수준으로 석탄, 석유, 천연가스, 수력발전은 각각 대기오염과 사고로 인한 에너지 단위당 더 많은 사상자를 발생시켰습니다.

 

원자력발전의 장점

핵분열을 통하여 끊임없이 연쇄 반응을 일으키며 에너지를 만드는 원자력 발전

 

1. 낮은 온실가스 배출 : 원자력 발전소에서 전기를 생산하는 동안 이산화탄소, 메탄, 아산화질소와 같은 온실 가스를 생산하지 않기 때문에 저탄소 에너지원이 됩니다. 이것은 전 세계 온실가스 배출을 줄이고 기후변화를 완화하는데 중요한 요소입니다.

 

2. 높은 전력 밀도 : 상대적으로 적은 양의 연료를 사용하여 많은 양의 전기를 생산할 수 있습니다. 즉 전력밀도가 높기 때문입니다. 그렇기 때문에 원자력을 효율적이고 비용측면에서도 효율적인 에너지원으로 만들어 주고 있습니다.

 

3. 신뢰성 및 안정성 : 원자력 발전소는 중단 없이 장기간 지속적으로 가동할 수 있어 신뢰할 수 있는 에너지원이 됩니다. 이러한 이유로 원자력은 전력망에 지속적으로 전기를 공급하는 기본 부하 발전소에서 사용하기에 이상적입니다.

 

4. 에너지 독립성 : 원자력은 가격 변동과 지정학적 긴장의 영향을 받는 수입 화석 연료에 대한 의존도를 줄임으로써 국가들에게 에너지 독립성을 제공할 수 있습니다.

 

5. 대기 오염 감소 : 원자력 발전소는 사람의 건강과 환경에 해로운 미세먼지, 이산화황, 산화질소와 같은 대기오염을 발생시키지 않습니다.

 

6. 고급 안전 기능 : 현대의 원자력 발전소는 발전소의 안전한 작동을 보장하고 잠재적인 사고로부터 보호하는 여려 층의 원자로 건물 및 수동 냉각 시스템과 같은 고급 안전기능을 갖추고 있습니다.

 

7. 폐기물 관리 : 비록 핵폐기물이 걱정이지만, 현대의 원자력 발전소는 폐기물을 안전하게 저장하고 처리할 수 있는 폐기물 관리 기술과 전략을 개선했습니다. 게다가, 핵 폐기물의 양은 다른 형태의 에너지 생성에 비해 상대적으로 적습니다.

 

 

원자력발전의 단점과 위험성

원자력 발전에는 많은 장점이 있지만 고려해야 할 몇 가지 단점도 있습니다.

 

1. 원자력 사고 : 1986년 체르노빌 사고와 2011년 후쿠시마 다이이치사고와 같은 원자력 사고는 인간의 건강과 환경에 파괴적인 결과를 가져올 수 있습니다. 비록 현대의 원자력 발전소들이 발전된 안전기능을 가지고 있지만, 사고의 위험은 여전히 존재합니다.

 

2. 방사성 폐기물 : 원자력은 수천 년 동안 위험한 상태로 남아 있고 전문적인 저장 및 처리가 필요한 방사성 폐기물을 생산합니다. 핵폐기물의 장기 보관은 환경 및 건강에 중대한 위험을 초래합니다.

 

3. 핵무기의 확산 : 원자력 발전에 사용되는 기술과 재료는 핵무기 생산에도 사용될 수 있어 핵무기 확산에 대한 우려가 커지고 있습니다.

 

4. 높은 초기 비용 : 원자력 발전소 건설은 비용이 많이 들고 상당한 초기 투자가 필요합니다. 이 비용은 종종 요금 납부자에게 전가되어 전기 가격이 상승할 수 있습니다.

 

5. 물 소비량 : 원자력 발전소는 가동하기 위해 많은 양의 물이 필요하며, 이는 지역 생태계와 수자원에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.

 

6. 보안 위험 : 원자력 발전소는 사이버 공격이나 테러 공격에 취약할 수 있으며, 이는 재앙적인 결과를 초래할 수 있습니다.

 

7. 해체 : 원자력 발전소는 수명이 제한되어 있어 결국 해체 작업이 필요합니다. 이 과정은 비용이 많이 들고 공장을 안전하게 해체하고 폐기하기 위해서는 주의가 필요합니다.