원자력 발전 원리, 방사성 동위원소 의미

원자력 발전 원리 짧게 요약

원자력 발전 과정

우리가 종이와 철을 구분할 수 있는 것은 그 물질이 다르기 때문이다. 그런데 아이러니하게도 물질이 다르다는 것은 원소가 다르다는 것이고, 원소가 다르다는 것은 단지 원자에 붙어 있는 양성자의 수의 따라 달라진다. 양성자의 수에 따라 결합력과 빛의 굴절 특성이 달라져서 다르게 보일 뿐이고, 내부를 들여다보면 결국 그놈이 그놈이란 말이다.
과거에는 원자핵을 붙이거나 분해하는 것은 불가능하다고 생각되어졌다. 그러나 기술이 발전하며, 현대 물리학에서는 전통적인 과학의 틀을 깨버리고, 융합하거나 분해가 이론적으로 가능하다는 사실을 깨닫게 되었다.
핵융합이라는 것은 태양이 빛을 내는 방식과 동일하다. 두개의 원자핵을 하나로 합치는 기술인데, 이는 꿈의 기술이므로 아직 현실세계에서 실현된 바가 없다.

현재의 원자력발전은 핵분열 방식으로 진행된다.
하나에 원자에 양성자가 몇개 붙었는지에 따라 수소가 될 수도 있고, 헬륨가스가 될 수도 있다. 양성자 수에 따라 원소가 결정되기 때문이다. 그런데 양성자 수가 같지만 중성자 수가 다른 경우 근본적인 물질은 같지만, 동위원소로 분류되는 다른 물질이 된다. 참고로, 중성자는 전하를 갖지 않는 양성자보다 약간 무거운 물질이다.
수소, 중수소, 삼중수소는 중성자수가 각각 없거나, 하나 있거나, 두 개가 있는 상태이다.
이런 동위원소들은 안정적인 동위원소이다.
그러나 동위원소중에 이렇게 중성자 수가 많으면 견디지 못하는 동위원소가 있다. 이것을 방사성 동위원소라고 한다.
우라늄 234,235,238이 서로 방사성 동위원소이다. 양성자는 92개로 동일하지만 중성자 수가 142,143,146개이다. 중성자가 너무 많으면 불안정 상태가 된다. 그래서 에너지를 방출시키고 안정된 상태가 된다. 더 작은 원자 두 개로 쪼개지고 찌꺼기가 나온다. 원자의 찌꺼기, 원자가 잃은 질량의 일부가 에너지로 방출된다는 것은 아인슈타인의 질량 에너지 등가 법칙이다. 물질을 에너지로 바꾸면 그 에너지가 엄청나게 크다.
즉, 핵분열을 통해 방사성 동위원소를 쪼개면 나오는 찌꺼기 물질(질량)이 에너지로 바뀐 것이 원자력 발전에서 나오는 출력이 되는 것이다. 어마어마한 에너지가 고작 작은 원소들을 분해시킬 때 나오는 짜투리 에너지였다니, 우주란 정말 대단하다.