원자력연구 1-

원자력연구 연재를 시작하며

 제 3의 의 불이라고 일컬어지는 원자력이 미국을통하여 들어온 지 32년이 되며 경상남도 고리에 세워진 최초의 원자력발전소가 가동된 지도16년이 지났다. 지금은 우리나라 전력 공급의약 절반을 원자력이 담당하고 있으니 원자력 산업인들의말과 같이 지금 번쩍거리는 네온사인이나 풍요로운 상품의 생산이나 가정의 온갖 전기용품들의 이용은 원자력의 기여가 크다고 할 것이다. 일반적인 원자력발전 뿐만이 아니라 근래에 와서는 북한의 핵, 전남 영광 제 3, 4호기 원자로 연료 장전, 핵폐기물 처분장 건설 등의 문제가 대두되고 있어서 교회에서는 환경운동의 차원에서 핵문제를 미리 공부할 시기가 되었다.우리 연구소에서는 이 문제에 대해서 과학적인 측면 뿐만 아니라 사회학적, 신학적 측면에서연구하여 원자력의 평화적 이용에 관한 기독교의 입장을정리해 보고자 한다. 원자력의 효용성을 보통군사적 이용과 평화적 이용으로 나누지만 이 두가지는서로 얼굴만 다룰 뿐, 같은 뿌리를 가지고 있어서 함께 다루어져야 마땅하지만 군사적 이용에 대해서는 차후로 미루고자 한다.

다만 기본적으로 어느 나라든지 핵무기를 보유하는 것은 인류의 평화를 위해서 결코 도움이 되지 않는다고 생각한다. 환경문제나 핵문제가 오래된 연구 분야가 아니어서 일반인들이 접하기에 생소한 용어나 개념들이 있게 마련이다. 그러기에 새 시대선교 과제를 갖고있는 기독교인들은 이와같이 새로운 문제에 대하여 부단한 연구를 하여야 할 것이다. 이 연재물은 앞으로 핵에 대한 기본적인 소개, 원자력의 이용, 원자력 발전의원리, 원자력의 발전의 논쟁점, 우리나라의 원자력발전 현황,외국의 현황, 원자력 이용에 대한 신학적, 사회학적 고찰등을 다루어 갈 것이다.

지금까지 우리나라에서 원자력 발전소가 건설되고 핵폐기물 처분장이 지정되는 과정에서 주로 현지주민과 사업시행기관과 충돌하면서 사회적으로 핵문제가 주목을 받아 왔다. 대체로 핵산업을 추진측과 반대측의 갈등은 이성적이거나 우호적이라기 보다는 상호불신과 일방적 통고 등의 자세로 일관되어서 대화를 통한 갈등 해소는 없었다고 해도 과언이 아니다. 전문가들은 그들의 지식이나 강력한 배경의 힘을 가지고 고압적이고 교만한 전근대적인 자세로 주민이나 국민을 대해 왔으며, 주민들은 역사적으로 겪어온 당국으로부터의 피해의식과 자기보호 본능으로 해당주민들의 결속력을 얻어 의사를 관철시키고자 하였다. 바라기는 앞으로 핵문제에 대하여 우리 사회에서 건설적이고 합리적이면서 국민의 정서와 판단을 존중하는 토론의 장이 마련되어 민주적이고도 생명을 사랑하는 이상적 사회를 만들며 궁극적으로 하나님 나라를 이루어 갈 수 있기를 빈다. 아울러 이 글이 진행되는 동안 궁금한 것이나 찬반의 의견이 있는 분은 지면을 통해 토론에 참여함으로써 진정한 대화가 오고 갈 수 있기를 바란다.♧

원자력연구 2 -

기초용어설명 - 원자력이란 무엇인가

원자력과 관련된 용어가 많이 있으나 우선 원자력발전에 대한 설명을 하면서 하나씩 설명을 한다. 원자력발전은 원전(原電)이라고 줄여서 말하기도 하며 다른 말로는 핵발전이라고 한다.원전은 주로 우라늄이라고 하는 납보다도 무거운 금속물질을 태워서(석탄을 태우는 것과는 다르지만 열이 난다는 점에서 같기 때문에 태운다고 하고, 또 이것을 ‘핵연료’라고 함) 에너지를 얻고, 그 에너지로 물을 끓이고, 그 수증기로 발전기를 돌려 전기를 얻는다. 화력발전과 그 원리를 비교하면 석탄을 태운다는 점만 다르다.

세상에 있는 물질은 눈에 안보이는 공기에서부터 물, 나무, 인간의 육체에 이르기까지 모든 물질이 여러 종류의 원자로 되어 있으며, 그 원자들이 모여서 분자를 이룬다. 원자의 구성은 <그림1>과 같다. 즉 가운데에 '핵'이라고 불리우는 부분이 있는데 이 곳에는 양자와 중성자가 모여 있으며 핵 바깥 부분에는 전자가 빠른 속도로 회전을 하고 있다. 원자는 물질의 종류에 따라 그것을 이루고 있는 양자나 중성자, 전자의 갯수가 다르다. 다시 말하면 양자나 전자의 갯수에 따라 물질의 종류가 구별된다.

·수소(H)는 가장 단순하고 가벼운 원소(물질)이어서 양자와 전자의 수가 한 개씩이고 중성자는 없다.·중수소(D)는 양자와 중성자가 하나씩 있는 무거운(重) 수소이다. 우라늄(U)은 자연계에 있는 물질 중에 가장 무거운 물질로서 양자와 전자의 수가 각각 92개이며 중성자는 146개가 있는 것(이것이 U-238인데 238=92+146로서 소위‘질량수’라고 함)이 대부분이고 중성자가 143개가 있는 U-235가 자연계에 0.72%있다. U-238과 U-235는 성질은 같으나 질량만 차이가 있는데 이러한 원소를 서로 ‘동위(同位)원소’라고 한다.

일반적으로 양자와 전자의 수는 항상 일치하며, 그 갯수가 그 물질의 성질을 결정한다. 다시 말하면 중성자의 수가 다르면 원자의 무게만 달라지지 물질의 성질은 달라지지 않는다. 실제로 원전의 원료가 되는 것은 U-235인데 0.72%의 U-235가 있는 ‘천연 우라늄’을 그대로 '핵연료’로 쓰는 원자로(월성에 있는 원자로)보다는 U-235를 3%정도로 농축해서 '농축 우라늄’을 사용하는 경우가 더 많다. 농축하는 기술은 핵확산과 관련이 있어서 소위 강대국만이 그 기술을 독점하고 있다. 농축하는 원리는 원소의 질량 차이를 이용하여 원심분리기에 넣어 초고속으로 회전시킴으로써 가려내는 방법 등이 쓰인다. 핵연료를 태운다는 말의 뜻은 U-235(U 이외에도 플루토늄 Pu을 사용할 수도 있다)의 핵(양자와 중성자의 덩어리)을 두 개 이상의 원소로 분열시키면서 에너지를 얻는다는 것이다.

<그림2>와 같이 U-235는 외부로부터 들어온 중성자를 흡수하면 핵이 쪼개지면서 에너지와 중성자를 방출한다. 그 에너지의 양은 아인슈타인이 발견한 E(에너지) = m(질량) × c²(빛의 속도)이다. 즉 U-235가 분열할 때에 그 질량의 손실이 생기는데 그것이 에너지로 변환되는 것이고 그 때에 나오는 2-3개의 중성자는 또 다른 U-235들에 흡수되어 핵분열을 계속 일으킨다(연쇄반응). 문제는 이 과정에서 중성자의 수가 2-3배로 계속 늘어나 기하급수적인 반응을 일으켜 순식간에 핵분열이 일어나는데, 이를 제어하지 않은 것이 ‘원자폭탄’이고, 이를 천천히 반응하도록 조정하는 것이 ‘원자로’이다. 원자폭탄의 원리는 임계질량(핵분열이 연속해서 일어날 수 있는 최소의 질량) 이상의 핵연료를 여러 조각으로 떼어 놓았다가 순간적으로 합하여 핵반응을 일으킴으로 열과 방사능이 방출됨으로서 폭발한다<그림3>.

원자로를 제어하는 원리는 <그림4>와 같다. 중성자를 흡수하는 카드뮴과 같은 중성자 흡수제로 제어봉을 만들어 핵연료 사이에 넣어서 반응을 지연시키거나 빼기도 하여 가속시킨다. 또한 U과 잘 반응하도록 중성자의 속도를 감속시키는 감속제로는 물이나 흑연 등이 사용된다. 한편 U-235는 핵분열을 하고 나면 다른 물질로 변하면서 방사성 동위원소를 만들게 되고 U-238은  Pu-239가 되기도 한다. 이 Pu-239는 원자폭탄(혹은 핵폭탄)이나 원자로의 원료가 될 수 있기 때문에 강대국이 아닌 나라에서 이를 분리 시키는 일은 IAEA(국제원자력기구)가 감독하고 있다.

핵융합은 핵분열과 달리 제한된 조건 하에서 가벼운 원자핵으로부터 무거운 원자핵이 형성되는 핵반응을 한다. 다만 이 경우에도 핵분열과 같이 질량 감소가 생겨서 이것이 에너지로서 방출된다. 현재 핵융합은 기대되는 에너지원(原)이기는 하지만, 반응이 일어나기 위해서는 초고온, 초고압이 지속적으로 필요하여 이를 담을 수 있는 용기가 없기 때문에 실용되기까지는 오랜 세월이 걸릴 것이다. 다만 이 초고온은 원자폭탄의 폭발로 얻어질 수 있어서 이 에너지로 핵융합 반응을 일으켜 점화시킴으로써 순간적인 반응으로 연소를 시킬 수 있다. 이 원리를 이용한 것이 ‘수소폭탄’이다. 태양의 에너지도 이와같은 핵융합으로 생긴다.♧