핵분열과 핵융합의 차이와 에너지효율이 궁금합니다

Question

흔히 원자력발전에는 핵분열이 쓰이는걸로 알고있는데 어떤 효율과 차이점 때문에 핵융합이 아닌 핵분열이 원자력 발전에 사용되는지 궁금합니다

Answer 1

안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.

핵융합을 구현하기위해서는 고온, 고압의 환경이 갖춰줘야합니다. 핵분열의 경우 고온, 고압의 환경이 갖춰지지 않아도 분열을 통해 에너지를 얻어낼 수 있는 반면, 핵융합은 고온 고압의 환경에서 융합이 일어나 에너지가 생산됩니다. 현재는 핵융합을 통해 에너지를 얻는것보다, 핵융합을 구현할 환경을 조성하는데 더 많은 에너지가 필요하기 때문에 핵분열에 의한 에너지를 사용합니다.

핵분열은 불안정한 원자(우라늄, 플루토늄, 라듐 등)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 붕괴시 중성자와 에너지가 발산됩니다. 그리고 충돌한 중성자는 다른 불안정한 원자를 충돌시키고, 붕괴되며 나온 중성자 또한 다른 불안정한 원자를 충돌시킵니다. 그리고 다시 붕괴되어 방출된 중성자와 충돌 후의 중성자가 다른 원자에 충돌하게 되죠. 이 반응(1->2->4->8->16...)이 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 생성될 수 있어 굉장한 효율을 낼 수 있죠.

추가로 핵융합의 경우 원자핵과 원자핵이 만나 더 큰 원자핵을 만들게되면서 손실된 질량으로부터 에너지가 발생됩니다. 그런데, 원자핵(+)과 원자핵(+)이 만나기 위해선 굉장한 에너지가 필요합니다. 즉, 결합하게 하는 에너지를 고온, 고압 환경으로 제공하는 것이죠.