2011년 3월 11일에 동일본에서 진도 9.0의 지진이 발생하였습니다. 이 지진으로 거대한 쓰나미가 동일본 해안을 덮치면서 수많은 인명피해와 자산 피해를 입혔습니다. 사망자는 기록상으로 15,896명, 실종자 2,537명, 부상자는 6,157명이 발생하였습니다. 재산 피해액은 일본 엔화로 480조엔으로서 막대한 금액입니다. 한화로 4,800조원 정도가 될 것입니다. 상상조차 하기 힘든 규모의 막대한 피해액입니다. 이 외로도 더욱 심각한 피해를 입힌 것은 다름아닌 후쿠시마 원자력 발전소의 폭발 사고입니다. 동일본 대지진 발생하였을 때, 쓰나미가 발생하여 높이 10m 이상의 쓰나미가 후쿠시마 원자력 발전소를 덮쳤습니다. 쓰나미 피해보다는 지진 발생으로 인해 원자력 발전소 운영사는 원자로 1~3기를 긴급 정지시켰습니다. 쓰나미로 인해서는 발전소의 발전 설비에 전력 공급이 중단이 되었고, 비상 배터리가 작동하였으나 8시간만 작동할 수 있는 용량이었습니다. 이에 발전소 운영사는 긴급으로 예비 배터리를 긴급으로 후송 지원하려 했으나 도로 사정으로 인해 지연되었고, 설치에도 어려움을 겪는 사이 배터리가 방전되어 연료봉 냉각 시스템이 마비되었습니다. 연료봉의 방사성 붕괴열로 원자로 내부의 물이 증기로 변해 수소가 발생하였고, 원자로 내부의 압력이 상승하면서 수소 폭발이 일어났습니다. 폭발로 인해 원자로 내부의 방사능 물질이 누출되었고, 인근 지역의 토양과 해양이 오염되었습니다. 폭발 사고 이후 발전소 인근의 주민 21만명에 대한 대피령이 발령되어 주민이 고향을 떠나게 되는 아픔을 겪었습니다. 그 이후로 발전소에서 나오는 방사능은 여전히 발전소의 원자로 냉각을 위해 사용되는 냉각수에 노출이 되고 있으며, 일본 정부는 이를 희석하여 태평양으로 방류를 결정하고 2023.08월에 시행을 하였습니다. 후쿠시마 원자력 발전소의 방사능 누출은 1986년 4월 26일의 우크라이나 체르노빌 원자력 발전소의 방사능 누출 사고 이후, 최악의 방사능 누출사고로 기록되었습니다. 사고로 이어지게 되면 최악의 결과를 내는 원자력 발전은 대한민국 발전 용량의 30%를 차지할 만큼 매우 중요한 에너지원입니다. 철저하게 관리를 하면 매우 유익한 에너지원이나 한번 사고가 나게 되면 최악의 결과를 맞게 되는 두 얼굴을 갖고 있는 에너지원입니다. 이 에너지원의 원료는 무엇일까요? 모르는 사람이 없을 것입니다. 바로 우라늄입니다. 원자 번호 92번으로서, 자연에 존재하는 원소중에 가장 무거운 원소에 속합니다. 이 우라늄은 핵분열이 가능한 동위 원소인 우라뉴-235를 약 0.7% 함유하고 있으며, 중성자와 충돌하면 핵분열을 일으키며 막대한 열에너지를 방출합니다.
원자력의 힘을 보여주는 계기는 무엇일까요?
원자력의 힘을 보여주는 계기중 하나는 제2차 세계 대전 중의 핵폭탄 투하와 원자력 발전소의 건설입니다. 미국은 세계 2차 대전 중에 전쟁을 끝내기 위해 핵무기를 개발하는 맨해튼 프로젝트를 가동하였으며, 이 프로젝트에 의해 개발된 핵폭탄은 일본의 히로시마와 나가사키에 투하를 하였습니다. 히로시마에는 1945년 7월에 투하되어 약 70,000 ~ 80,000명의 민간인이 희생되었으며, 나카사키에는 같은 해 8월 9일에 투하되었으며, 이때 역시 약 70,000 ~ 80,000명의 민간인이 희생된 것으로 추정되고 있습니다. 하지만 이 이후 방사능 피해로 인한 추가 인명 피해가 더 큰 것으로 알려져 있습니다. 또 다른 원자력의 힘은 바로 원자력 발전소의 건립입니다. 핵의 에너지를 상업용으로 활용하는 원자력 발전소의 개발이 진행되어 첫 상업용 원자력 발전소는 1957년에 미국 펜실바니아 주에 웨스팅하우스사의 설계를 기반으로 건설되어 1982년까지 상업 운행을 하였습니다. 이 Shippingpoint Atomic Power Station은 원자력 발전소의 초기 개발과 안전성 평가에 중요한 역할을 하였으며, 원자력 발전소의 설계와 운영에 많은 영향을 미쳤습니다.
우라늄의 핵분열이란?
우라늄의 핵분열은 핵물리학에서 매우 중요한 개념입니다. 우라늄은 핵분열이 가능한 원소중 하나로, 일부 우라늄 핵이 외부 자극을 받거나 특정 조건에서 붕괴되면 핵분열이 발생합니다. 우라늄 235(U-235)와 우라늄 238(U-238)은 가장 널리 알려진 우라늄의 동위원소입니다. 여기서 우라늄 235는 자발적으로 붕괴하는 핵분열을 일으킬 수 있는 특성을 가지고 있습니다. 이 과정에서 우라늄 원자핵이 중성자를 흡수하면서 붕괴되고, 이에 따라 중성자와 에너지가 방출됩니다. 우라늄 핵분열은 연쇄반응을 일으킬 수 있습니다. 한 우라늄 핵이 붕괴될 때 생성된 중성자가 다른 우라늄 핵을 맞추어 또 다른 붕괴를 유발할 수 있습니다. 이러한 과정에서 엄청난 양의 에너지가 방출됩니다. 이 에너지는 핵분열 반응을 통해 발전소나 핵무기와 같은 용도로 활용됩니다.
원자력 발전의 원리는?
원자로 내부에서 우라늄 235가 핵분열이 일어나도록 원자로를 가동시키는게 첫 시작입니다. 이 원자로 내부에서 우라늄 235가 중성자와 충돌하여 핵분열을 일으킵니다. 이 핵분열로 인해 방대한 양의 열에너지가 발생하게 되고, 이 열에너지를 이용하여 물을 끓이고 증기를 발생시킵니다. 이 때 발생한 증기를 이용하여 터빈을 회전시키고, 터빈의 회전으로 인해 발전기가 작동하고 이 때 전기가 발생하게 됩니다. 이 전기를 배전선로를 이요하여 전기를 필요로 하는 곳에 공급을 하는 것입니다. 원자력 발전은 대용량의 전력을 안정적으로 공급할 수 있으며, 이산화탄소를 배출하지 않아 친환경적인 에너지로서 주목을 받고 있지만, 관리 미흡으로 인한 폐해는 극심한 결과를 초래하기 때문에 안전한 운영과 관리가 매우 중요합니다.