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1808년 돌턴은 원자는 더는 쪼개지지 않는 가장 작은 알갱이라며 원자론을 발표했다. 그러

김동화 기자 3레벨 2015.12.05 17:11

1808년 돌턴은 원자는 더는 쪼개지지 않는 가장 작은 알갱이라며 원자론을 발표했다. 그러나 1896년 베크렐은 우라늄에서 방사선이 방출된다는 것을 알아냈다. 원자에서 무언가가 나온다는 것은 원자가 더 작은 알갱이로 쪼개질 수 있다는 것을 의미했다. 이후 퀴리, 러더 퍼드, 톰슨 등의 과학자들이 원자에 관해서 연구했고 이제는 새로운 원자를 만들 수도, 원자를 쪼갤 수도 있게 되었다. 핵분열과 핵융합은 원자를 연구하는 단계에 있어 상당히 어렵고 위험한 기술이다. 이는 아인슈타인의 특수상대성이론에 의해 밝혀진 질량-에너지 등가원리(E = mc²)에 기반을 둔다. 물질의 질량결손에 비례하여 엄청난 에너지를 방출한다는 것이다. 지난 세계2차대전 때는 이를 이용하여 원자폭탄, 수소폭탄이 개발되고 실제 사용되기도 했었다. 전쟁이 끝난 후에는 핵분열과 핵융합을 무기가 아닌 인간에게 이로운 수단으로 이용하고자 하였다. 핵분열은 원자력 발전소로 상용화되어 우리나라의 전력의 약 30%를 차지하고 있고, 핵융합도 상용화하기 위해 연구가 계속되고 있다. 그렇다면 이러한 에너지의 발전은 어떠한 원리로 진행되고 이점은 무엇일까?   미세한 질량결손이 막대한 에너지로 지구의 모든 물질은 원자라고 하는 아주 작은 입자로 이루어져 있다. 원자는 가운데에 원자핵이 있고 그 주위를 전자가 돌고 있다. 원자핵은 다시 양성자와 중성자로 구성되어 있다. 그런데 우라늄처럼 무거운 원자의 경우, 원자핵이 중성자를 흡수하면 원자핵이 쪼개지는데 이를 핵분열이라고 한다. 원자핵이 분열되면 많은 에너지와 함께 2~3개의 중성자가 나오고, 이 중성자가 다른 원자핵과 부딪치며 다시 핵분열이 일어난다. 이러한 연쇄반응 속에서 생기는 막대한 에너지가 바로 원자력이다. 핵분열로 생기는 에너지는 원리에 따라 핵분열 전후의 원자핵의 무게 차이(질량결손)만큼의 에너지이다. 이 에너지는 매우 큰 것이기에 우라늄 1g이 완전 핵분열했을 때 석유 9드럼 또는 석탄 3톤을 태울 때 나오는 에너지와 같은 크기의 에너지를 얻을 수 있다. 핵융합은 온도가 상승함에 따라 원자핵과 전자가 흩어지면서 제각기 불규칙 운동을 시작하는데 이러한 상태를 플라스마 상태라고 한다. 이때 온도가 더욱 높아지면 중수소처럼 가벼운 원자핵 2개가 충돌하여 다른 원자핵으로 변환되며, 이를 핵융합이라고 한다.   핵융합도 마찬가지로 반응 전후의 질량차이에 비례하여 에너지가 방출된다. 이때 원료로 사용되는 중수소는 바닷물에서 얼마든지 얻을 수가 있다. 구체적으로 물의 0.015%가 중수이기 때문에 바닷물 1톤에 들어 있는 중수소로부터 얻을 수 있는 에너지는 석탄 270톤을 태웠을 때 나오는 에너지와 같다.   이상적으로 바닷물의 모든 중수소를 이용한다면 인류가 약 4억 년 동안 이용할 수 있는 에너지를 얻을 수 있다라는 계산이 나온다. 이렇게 핵융합 발전은 원료가 무한하며 저렴하고, 원자력에너지처럼 방사능 유출 위험이 없으며 이산화탄소, 질소산화물 등을 배출하지 않기에 친환경적이다. 그러나 핵융합이 발생하기 위한 모든 조건을  충족시키기란 쉽지 않다. 1억℃ 이상의 온도와 입자 간의 충돌비율을 높이기 위한 이온밀도, 그리고 긴 플라스마 가동시간이 필요하다. 따라서 우리나라를 비롯한 전 세계 국가에서는 이러한 조건을 만족하게 할 인공태양 개발에 힘쓰고 있다.   KSTAR , 한국의 인공태양으로 KSTAR는 Korea Superconducting Tokamak Advanced Research의 줄임말로 한국형 핵융합 연구 장치다. 전체가 고성능 초전도자석으로 제작된 이 장치를 보유함으로써 우리나라는 세계에서 6번째 핵융합 개발국가가 되었다. 우리나라는 주요 선진국들과 함께 핵융합에너지 상용화의 최종 과학적·기술적 실증을 위하여 국제핵융합실험로(ITER)를 건설하고 운영하기 위해 힘쓰고 있는데, KSTAR는 이를 위한 과학기술기반 마련에 많은 도움을 주는 안정화된 초전도 토카막 장치를 목표로 하고 있다.   KSTAR는 운전 중 단 1초라도 문제가 발생하면 곧바로 중단시켜야 한다. 워낙 고온, 고압에서 운용되는 만큼 전력을 차단하고 가동을 중단하는 것만이 안전 확보를 위한 유일한 수단이다. 이에 핵융합연구소에 서는 정기적으로 다양한 안전사고 상황을 설정하고 모의실험을 하며 상태를 점검하고 있다. KSTAR는 강력한 자기장 속에 오랜 시간 중수소를 가둬놓고 가열시켜 핵융합을 일으킬 수 있도록, 2022년까지 3억℃ 이상의 플라스마를 300초 이상 지속시키는 것을 목적으로 계속 발전중이다. 박무현 학생기자 메일로 더 많은 기사를 받아보세요! 추천기사 삼성전자 연구원 KAIST 다니더니… [기자의 눈] 송유근, 이제부터라도 ‘영재’ 아닌 ‘과학자’로 키우자 ‘지옥의 실험실’, 서울 모 대학원 피해학생 심층인터뷰 KAIST 대학생이 학교에 3000만 원을 쾌척한 까닭 파킨슨병 일으키는 뇌염증 원인 찾았다 인기기사· 목성에 폭풍이 350년 넘게 지속된 이유· 지구 밖에서 들려온 정체 불명의 ‘굉음’ 비밀 풀릴까· 무한도전 유재석이 최고가에 낙찰된 까닭은?· 뚝딱뚝딱 종이 접어 살아있는 토끼에 이식· 대장암 진단하면서 치료, 그래핀으로? 댓글 1댓글쓰기 kimhw018 여기 어디 토니스타크가 있던데~ 2013.05.14 15:29 삭제공감비공감 1 쏙 혀를 내밀고.... 세상에서 가장 빛나는 고양이 길이 10m 무게 150kg 초대형 오징어 잡혀 [KSTAR 그것이 알고 싶다 8] 숫자로 보는 핵융합, "-268도" [스타워즈: 깨어난 포스]7번째 스타워즈, 과거 스토리는 잊어라? [스타워즈: 깨어난 포스]아나킨은 흙수저, 루크는 금수저? 삶의 마지막 순간, 반려견 사진 ‘뭉클’ '광우병'은 소만 걸리는 병인가 4천만원, 잠자리 크기 군사용 드론 주인을 찾아요...귀가 셋 고양이 뇌의 학습법을 모방한다, 뉴로모픽컴퓨터 [삼시세끼 만재도2]참바다 유해진이 잡은 월척, 국민생선 노래미 [저격! 인터넷신조어] 욕심이 끝이 없는 사람들에게 한마디 한다면 [응답하라 1988] 라디오 프로그램에 엽서로 사연 보내던 시절 30초 만에 차를 갈기갈기... 슈퍼 자동차 파쇄기 [스타워즈:깨어난 포스]스타워즈 내용이 그렇게 비과학적이야? [스타워즈: 깨어난 포스]에이브럼스의 스타워즈, '미션 임파서블'을 닮았을까? 무한도전 유재석이 최고가에 낙찰된 까닭은? 벌과 싸우던 고양이, 광대 코가 되었네 함박눈이 펑펑내리는 날씨, 우산으로 패션 완성! [KSTAR 그것이 알고 싶다 9] 숫자로 보는 핵융합, “260” [스타워즈: 깨어난 포스]열정페이가 일궈낸 SF신화! [스타워즈: 깨어난 포스]인생을 바꾼 캐릭터들! 유니콘처럼 신비스런 빛 메아리 악어가 악어 잡아먹는 장면 ‘포착’ 그랜드캐니언의 오렌지 색깔 석양 쏙 혀를 내밀고.... 세상에서 가장 빛나는 고양이 길이 10m 무게 150kg 초대형 오징어 잡혀 [KSTAR 그것이 알고 싶다 8] 숫자로 보는 핵융합, "-268도" [스타워즈: 깨어난 포스]7번째 스타워즈, 과거 스토리는 잊어라? [스타워즈: 깨어난 포스]아나킨은 흙수저, 루크는 금수저? 삶의 마지막 순간, 반려견 사진 ‘뭉클’ '광우병'은 소만 걸리는 병인가 4천만원, 잠자리 크기 군사용 드론 주인을 찾아요...귀가 셋 고양이 뇌의 학습법을 모방한다, 뉴로모픽컴퓨터 [삼시세끼 만재도2]참바다 유해진이 잡은 월척, 국민생선 노래미 [저격! 인터넷신조어] 욕심이 끝이 없는 사람들에게 한마디 한다면 [응답하라 1988] 라디오 프로그램에 엽서로 사연 보내던 시절 30초 만에 차를 갈기갈기... 슈퍼 자동차 파쇄기 [스타워즈:깨어난 포스]스타워즈 내용이 그렇게 비과학적이야? [스타워즈: 깨어난 포스]에이브럼스의 스타워즈, '미션 임파서블'을 닮았을까? 무한도전 유재석이 최고가에 낙찰된 까닭은? 벌과 싸우던 고양이, 광대 코가 되었네 함박눈이 펑펑내리는 날씨, 우산으로 패션 완성! [KSTAR 그것이 알고 싶다 9] 숫자로 보는 핵융합, “260” 동아사이언스 SNS 로그인이용약관개인정보 취급방침 Copyright © Dongascience 출처:동아사이언스

댓글1

  • 민수연 5레벨 2015-12-06 09:22

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    글이 엄청 기네요

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