핵의 이용
핵의 이용 |
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원자폭탄이나 수소폭탄처럼 인류의 생명과 문명을 파괴하는 무기로 핵의 위력을 사용하는 경우도 있지만 원자력발전이나 방사선치료 등 유익한 분야에 활용할 수도 있다. |
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핵융합제어 태양에서 행융합이 일어나는 과정을 지구상에서 재현하고자 하는 것이 핵물리학자들의 오래된 꿈이었다. 수소의 동위원소인 중수소를 사용한 핵융합은 핵분열반응에 비하여 방사선 폐기물이 거의 생겨나지 않는데다가 연료도 물에서 얼마든지 채취할 수 있기 때문에 핵분열을 천천히 일으킬 수 있다면 일거에 에너지 문제를 해결할 수 있을 것이다. 핵융합반응이 수소폭탄에서처럼 급격하게 일어나지 않고, 천천히 일어날 수 있는 방법을 오랫동안 연구하였으나 아직 성공하지 못했다. 성공하지 못한 근본적인 이유는 핵융합반응이 일어나기 위한 온도인 백만도 이상의 고온 상태를 유지하는 기술을 개발하지 못했기 때문이다. 백만도 ~ 억도의 물체를 가두어 둘 수 있는 물질로 만든 용기는 절대로 있을 수 없다! 그러나 자기장이나 레이저를 이용하여 고온의 상태를 공중에 뛰어 놓고 그 불덩어리 속에서 핵융합반응을 서서히 일어나게 하는 가능성이 있어서 이에 대한 연구가 활발하게 연구되어지고 있다.
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D-T 반응로 핵융합반응을 제어할 수 있는 방법중 그런대로 가장 가능성이 있다고 기대되는 것이 D-T 반응이다. 여기서 D는 중수소(deuteron)인 2H 이고, T는 삼중수소(triton) 3H 이다. 둘 다 수소의 동위원소로서 지구상에 있는 물 속에 함유되어 있다. 중수소는 수소 중에서 0.0156% 비로 존재하고 삼중수소는 10-17%로 극미량이 존재하고 있다. 이 D와 T의 핵융합반응은 D + T -> 4He + n 로서 이의 Q 값은 17.6 MeV 이다. 두 번째로 일어날 수 있는 반응은 D, T 혼합물 속에서 D 끼리 일어날 수 있는 D + D -> 3He + n 반응으로서 4 MeV 의 에너지가 이 반응에서 방출된다. 이 두 반응의 방출에너지 값에서 알 수 있듯이 십만도 정도의 낮은 온도에서 D-T 간의 행융합이 D-D 간의 핵융합에 비하여 10 배 정도로 쉽게 일어날 수 있어 비교적 저온에서 액융합이 가능해 진다. 이것은 T가 지구상에서 쉽게 구할 수 없는 약점을 극복하고도 남는 좋은 점이 된다. 만일에 십만도 정도의 고온을 생성시켜 이를 유지할 수만 있다면 이 핵반응은 순환적으로 일어나게 된다. 핵융합과정에서 만들어지는 중성자는 아주 큰 운동에너지를 가지고 있어 이것의 대부분을 발전에 이용한다 하더라도 나머지로도 연료를 핵융합이 일어날 수 있을 정도의 온도로 유지하게 한다. 문제는 이 고온의 불덩어리를 가두어 두어야 하는데 레이저 빔을 사용하는 시도를 하고 있다. 즉 시료인 D-T 연료봉의 사방에서 레이저를 비추어 공중에 떠 있게 하는 것이다. |
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한편 삼중수소와 중수소를 혼합하여 연료를 만들어 주어 일회의 순환이 마쳐지게 된다. 이 과정에서 삼중수소는 공급할 필요가 없이 오직 중소수가 연료로서 공급되면 된다. |
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고속증식로 보통의 경우 핵연료로부터 방출되는 고속중성자를 감속하여 핵반응을 제어하게 되나 중성자를 그대로 연쇄반응에 사용할 수 있다. 노심을 둘러싸고 있는 우라늄 238U에 중성자를 흡수시켜 플루토늄 239Pu로 전환함으로써 연료에서 핵에너지를 끌어냄과 동시에, 소비한 핵연료를 웃도는 양의 새로운 핵연료, 즉 플루토늄을 얻을 수 있다. 핵연료를 가장 효율적으로 이용할 수 있는 이상적인 원자로로 알려져 있기 때문에 세계 각국에서 개발을 서두르고 있다. |
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