한수원블로그
삶에 활력(力)을 더하는 이야기
모바일메뉴 열기
검색창 닫기

한눈에 보는 원자력발전의 역사

  • 2013.12.11.
  • 9279
  • 블로그지기
  • 페이스북
  • 트위터
  • 카카오
  • 인쇄

1

오늘은 원자력과 원자력발전의 역사에 대해 알아볼까 합니다.

먼저 원자력이란 핵분열 및 핵융합에 따른 원자핵의 변환에 의해 만들어지는 에너지를 말합니다.
원자력발전은 이런 핵분열 및 핵융합 과정에서 나오는 에너지를 수증기로 이용해 터빈발전기를 돌려 전기에너지를 얻는 것인데요, ‘핵분열’은 우라늄, 플루토늄 같은 무거운 원자핵이 중성자나 감마선 등에 의해 가벼운 원자핵으로 쪼개지는 과정을 말하며, ‘핵융합’은 중수소 원자핵들이 결합해 삼중수소 혹은 헬륨과 같은 무거운 핵종으로 변하는 것을 말합니다.
이런 원자력발전이 주요 에너지의 원천이 되고 있는 이유는 핵분열 반응에 의한 질량 결손 자체가 바로 막대한 에너지로 변환되어 방출되기 때문인데요, 우라늄 1kg이 발생하는 에너지는 260만 톤의 석탄, 91만 리터의 석유에 해당할만큼 엄청나다고 합니다.

그렇다면 원자력발전은 언제, 어떻게 시작되었는지 알아볼까요?

3

인류 최초의 원자로는 1942년 11월 이탈리아의 물리학자 페르미(Enrico Fermi)가 미국 시카고 대학 구내 지하실에서 원자폭탄 제조계획인 ‘맨하탄계획’의 일환으로 만든 플루토늄 생산용 원자로입니다. 이후 1945년 8월 핵분열에너지가 원자폭탄이라는 형태로 세상에 처음 등장했으며, 군사용 원자력이 ‘원자력발전’으로 거듭난 것은 1953년 미국의 아이젠하워 대통령이 ‘원자력 평화적 이용’을 제안하면서부터입니다.
이를 계기로 1954년 ‘국제원자력기구(IAEA)’가 창설되었고, 이로써 군사용 원자력이 아닌 평화적 목적의 원자력발전과 방사선 및 방사성동위원소가 등장하게 됩니다.

4

발전소를 건설해 핵분열에너지를 전력생산용으로 가장 처음 이용한 것은 1956년 건설된 영국의 ‘콜더홀 1호기’입니다.
그 뒤를 이어 미국은 1954년에 제조된 원자력잠수함 노틸러스호를 이용해 1958년부터 10만kW의 서핑포트 원자력발전을 개시했습니다.

그렇다면 우리나라에 세워진 최초의 원자력발전소는 무엇이며, 가동은 언제부터 시작됐을까요?

우리나라가 원자력발전에 관심을 갖게 된 시기는 이승만 대통령 재임 때입니다. 이승만 대통령은 평소 친분이 있던 유엔군 사령관을 통해 원자력에 대한 정보를 처음 접했고, 그는 ‘자원 빈국인 한국에는 사람의 머리에서 캐내는 에너지를 개발해야 하며, 그것을 위해서는 인재부터 양성해야 한다.’는 워커 리 시슬러 박사의 조언을 받아들여 1956년 한미원자협정을 맺습니다.
그 후 127명의 인재가 미국 아르곤원자력연구소로 유학을 떠났고, 이후 연구용 원자로를 도입해 1970년 9월 경상남도 양산군 장안읍 고리에 최초의 원자력발전소를 건설했다고 합니다. 이때 건설된 우리나라 1호기인 고리원자력발전소는 600MW급으로 1978년 4월부터 본격 운전 개시해 우리나라도 세계 21번째로 원자력발전소 보유국 대열에 서게 되었습니다. 이후 고리 2호기, 월성 1호기, 고리 3, 4호기, 영광 1,2호기 등이 차례로 건설되었습니다.

5

그러면 이처럼 소중한 발전원이 되는 원자의 구조가 밝혀진 것은 언제일까요? 그것은 19세기 말 영국의 과학자 러더퍼드(Ernest Rutherford, 1871~1937)가 원자의 모형을 발견하면서부터입니다. 러더퍼드는 자신이 발견한 원자의 모형이 태양을 중심으로 지구나 화성 같은 행성이 그 주변을 돌고 있는 작은 우주와 같다고 주장했는데요, 이후 많은 과학자들이 원자를 다시 몇 가지의 입자로 나누어 오늘날의 원자 구조인 원자핵, 양성자, 중성자, 전자 등으로 구분했다고 합니다.

그렇다면 원자로는 무엇일까요?

원자력발전에 이용되는 원자로는 한마디로 우라늄이 핵분열 하여 에너지를 내도록 만들어진 ‘우라늄 전용 보일러’라고 볼 수 있습니다.
쉽게 말해 화력발전이 석유나 석탄을 때 물을 끓이고 거기서 나오는 증기의 힘으로 터빈을 돌려 전기를 만들듯이, 원자력발전도 우라늄을 원료로 해 핵분열 시 나오는 열기를 증기로 만들어 터빈을 돌리는 원리입니다.

6

이렇게 전기를 생산하는 원자로는 냉각펌프, 원자로, 가압기, 증기발생기 등의 구조로 나누어지며, 크게 기능과 개발단계에 따라 구분됩니다. 먼저 기능에 따른 원자로는 연구용 원자로, 동력용 원자로, 플루토늄 생산용 원자로로 구분되며, 연구용 원자로는 동위원소 생산, 재료시험, 중성자 조사 연구 등에 이용됩니다. 다시 개발단계에 따라 구분되는 원자로는 이론의 실증을 위한 실험로, 실용화 가능성을 확인하기 위한 원형로, 원자로의 안전성과 경계성을 입증하기 위한 실증로, 상업적 목적의 상용로로 구분되며, 상용로는 다시 흑연경수로, 가스냉각로, 가압경수로, 비등경수로, 가압중수로의 다섯 가지로 나뉩니다.

7

흑연경수로는 1954년 초, 러시아(구 소련) 모스크바 교외의 오브닌스크에 세워진 원자력발전소의 핵분열 감속재로 사용되었습니다. 이 발전소는 감속재인 흑연 이외에 냉각재로 경수를 썼고, 연료로는 농축 우라늄을 사용했습니다.

1956년 영국에 세워진 콜더홀발전소에 설치된 가스냉각로는 92,000kW 규모의 현대식 원자력 발전으로 감속재는 흑연을 썼고, 냉각재로는 이산화탄소를 사용한 원자로입니다.
현재 세계 원전의 60%를 차지하고 있는 가압경수로는 냉각재와 감속재로 일반 물인 경수를 사용하며, 연료로는 핵분열이 가능한 저농축 우라늄(우라늄 235가 2~5% 들어있는 우라늄)을 사용합니다. 우리나라도 이 가압경수로를 사용하고 있습니다.
전체 원전의 22%를 차지하는 비등경수로 역시 냉각재와 감속재로 경수를 사용하며, 캐나다에서 개발한 캔두(CANDU)라 불리는 가압중수로는 냉각재와 감속재로 중수를, 연료는 천연 우라늄을 사용하는 것이 특징입니다.

이렇게 보니 원자력의 구조가 발견되고, 최초의 원자력발전소가 설립되기까지 약 50년의 세월밖에 걸리지 않은듯 한데요, 앞으로 50년 뒤인 2063년에는 얼마나 더 놀라운 원자력발전 기술이 개발될지 사뭇 궁금해집니다.

 

7

댓글 남기기

블로그지기
블로그지기
한수원의 생생한 소식과 한수원사람들의 이야기를 전합니다
목록