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[원자력 탐험대 9화] 원자 폭탄과 원자력 발전은 같은 걸까?

  • 2014.08.22.
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원자 폭탄과 원자력 발전은 같은 걸까?

‘핵분열 이용’ 같지만… ‘연쇄반응시간 · 우라늄농축’ 달라

최근 시진핑 중국 국가주석이 우리나라를 방문하면서 북한 핵 문제가 다시 화제로 떠올랐다. 핵 문제란 북한의 핵무기 개발로 인한 한반도의 위험을 뜻한다. 제2차 세계 대전 때 미국이 일본을 항복시킨 결정적인 계기가 되었던 것도 바로 핵무기 즉 원자 폭탄이었다. 그만큼 원자 폭탄의 위력은 어마어마하다. 또 많은 어린이가 원자 폭탄에 대한 두려움 때문에 원자력 발전소도 엄청난 폭발을 일으키지 않을까 걱정한다. 과연 그럴까? 오늘은 원자 폭탄과 원자력 발전의 공통점과 차이점을 통해 그 답을 살펴보자.
원자폭탄
[제2차 세계 대전 중이던 1945년, 미국이 일본 히로시마에 떨어트린 ‘리틀보이’. 이 원자 폭탄은 우라늄 235를 90%이상 농축시켜, 위력이 12kt(킬로톤. 1kt은 TNT 화약 1000t의 폭발력에 해당)에 이른다.]

 

△원자 폭탄

연쇄 반응 시간 짧게 하면 엄청난 폭발력

원자 폭탄이나 원자력 발전은 이름처럼 모두 우라늄의 핵분열을 바탕으로 엄청난 에너지를 얻는다는 공통점을 가졌다. 그래서 종종 둘은 쌍둥이와 같다고 생각하기 쉽다. 하지만 그보단 한 부모님에게서 태어난 형제라고 표현하는게 맞다.
원자력 발전이나 원자 폭탄은 모두 우라늄의 핵분열을 이용한다. 그러나 원자력 발전소는 연료·구조·목적 등 모든 면이 핵폭탄과 다르기 때문에 폭발할 수 없다.
이 세상에서 가장 강력한 폭발력을 지녔다고 알려진 원자 폭탄은 제2차 세계 대전이 막바지로 치닫던 1945년 미국에서 탄생했다.
일반적으로 폭탄은 많은 화약을 한꺼번에 터뜨려 폭발을 일으키는 원리로 만들어진다. 그러나 원자 폭탄은 이러한 폭탄보다 크기는 훨씬 작지만 폭발력은 비교할 수도 없을 정도로 엄청나다.
이는 우라늄이 핵분열로 많은 에너지를 뿜어낼 수 있기 때문이다. 여기에 핵분열이 반복적으로 계속되는 연쇄 반응의 시간을 최대한 짧게하면 그야말로 상상하기 힘든 에너지를 얻게된다. 작은 불씨에 한꺼번에 많은 기름을 부으면 엄청난 불길이 치솟는 것처럼 상상도 할 수 없을만큼 큰 열이 생기는 것. 이것이 바로 원자 폭탄의 원리다.

맥주와 알코올 램프로 비유해 놓은 원자력 발전과 원자 폭탄

 

△맥주와 알코올램프

원자력 발전엔 우라늄 2~5%만 농축

반대로 핵분열 연쇄 반응의 시간을 늦춘다면 어떻게 될까? 작은 불에 기름을 아주 조금씩, 천천히 넣으면 불길은 커지지 않고 아주 오랫동안 탈 수 있다. 이것이 바로 원자력 발전의 원리다. 원자 폭탄과 달리 원자력 발전은 18개월 정도 핵반응을 일으킴으로써 지속적인 에너지를 얻는다.
원자 폭탄과 원자력 발전은 핵분열 연쇄 반응의 시간이 짧고, 길다는 것 말고 다른 차이가 있다. 바로 핵분열을 일으키는 연료인 우라늄 성질이 다르다는 것이다.
우라늄은 석탄과 마찬가지로 돌멩이 형태로 자연에서 얻는다. 우라늄 원석은 그 자체로 아주 안정되어 있어서 폭발할 일이 없다. 핵분열을 일으키는 특별한 알갱이의 수가 모자라다고 이해하면 쉽다. 그리고 이 알갱이의 대표적인 것이 바로 ‘우라늄 235’이다.
우라늄이 핵폭탄이 되기 위해선 우라늄 235가 100% 가까이 농축되어야 한다. 이에 비해 원자력 발전소에서 쓰이는 원료에는 우라늄 235가 겨우 2~5%만 농축되어 있다.
이것만으로도 원자 폭탄이 엄청나게 큰 폭발력을 갖춘데 비해 원자력 발전소에 사용되는 연료는 폭발의 위험이 없다는 것을 알 수 있다.
아직 이해하기 어렵다면 맥주와 과학 실험 때 볼 수 있는 알코올램프에 비유해 보면 보다 확실해진다. 색깔이 없는 휘발성 액체인 알코올은 원자 폭탄, 알코올이 아주 적게 들어간 맥주는 원자력 발전소라 할 수 있다. 맥주나 알코올램프 모두 알코올이 들어가지만 그 농도 차이에 따라 성질도 크게 달라지기 때문이다. 즉, 100% 알코올로 이뤄진 알코올램프에는 쉽게 불을 붙일 수 있지만 아주 적은 양의 알코올이 들어간 맥주엔 아무리 애를 써도 불이 붙지 않는다.

원자력탐험대 9회

– 작성 : 소년한국일보 윤석빈 기자 binys@snhk.co.kr

– 원문보기 : 소년한국일보 http://ka.do/2RwF

 

 

 

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