원자력 발전은 어떤 원리로 전기가 생기는지 궁금합니다.

Question

안녕하세요

원자력 발전이 친환경 발전이라는 말을 하더라고요

문득 궁금한데 원자력 발전은 어떤 원리로 발전하길래 친환경 발전이라고 하는지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.

원자력 발전의 경우 방사선 물질이 배출될 수 있는데, 이를 잘 처리한다면 친환경 적일 수 있습니다. 방사선 물질을 따로 차폐시켜 모아 처리하기 때문에 친환경발전이라고 말을 하는 것이죠.

원자력 발전은 핵분열을 이용해 열 에너지를 얻게 되며, 이 열에너지를 이용해 증기를 만들어 터빈을 돌려 전기를 생산해냅니다. 이 때 알아야 할 과학적 원리는 핵분열 에너지와 발전기(전자기 유도 현상)입니다.

핵분열은 불안정한 원자(우라늄-235과 같은)에 중성자를 충돌시켜 불안정한 원자가 다른 원자로 변하며 결손되는 질량이 발생하는데, 이 결손된 질량이 에너지로 전환됨에 따라 에너지를 얻어지는 것입니다. 불안정한 원자에 중성자를 충돌 시킴으로써 붕괴를 시키는데, 이 반응이 연쇄적으로 일어나 많은 양에 에너지를 얻을 수 있습니다. 이 때 질량 손실에 의해 얻어지는 에너지는 E=mc^2에 의해 계산할 수 있습니다. 만약에 1g의 질량 결손만으로 9000만 줄(J)의 에너지가 발산됩니다.

전자기 유도 현상이란 코일(도선)이 있고, 코일 주변에 자석(또는 전자석)이 움직이거나 자기력이 변화하고 있을 때 코일(도선)에 유도 전류가 흐르는 현상을 말합니다.

발전기는 터빈에 바람이나 물살 등 외부 힘으로 인해 회전 시킴으로써 터빈 끝에 달린 자석이 코일 주변으로 회전하거나, 또는 터빈 끝에 달린 코일이 자석 주변으로 하면서 코일에서 유도 전류가 발생하는데 이를 모아 전기로 사용하는 원리입니다. 회전 방향과 상관없이 코일에 전류를 모을 수 있습니다. (원자력 발전의 경우 핵분열 에너지로 증기를 발생 시켜 이를 이용해 터빈을 회전 시킵니다.)

Answer 2

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

원자력 발전소에서는 핵분열 물질인 핵연료을 사용합니다. 핵연료의 원자핵은 중성자를 충돌시켜 분열되면서 두 개의 작은 핵과 몇 개의 중성자를 생성합니다. 이 과정은 엄청난 에너지를 방출합니다.핵분열로 발생한 에너지는 열로 변환됩니다. 이 열은 핵연료 주위의 물을 가열하여 증기를 생성합니다. 증기는 고압과 온도로 인해 터빈을 회전시키는 역할을 합니다.증기는 터빈을 돌리면서 그 운동 에너지를 전기로 변환하는 발전기로 이동합니다. 터빈은 회전하면서 발전기와 연결된 자기장을 통해 전기를 생산합니다.발전기에서 생산된 전기는 전력망을 통해 가정, 산업, 사회의 전기 수요를 충족시키기 위해 전기 소비자에게 전달됩니다.