Curiologist K

태양은 매초 약 6억 톤의 수소를 헬륨으로 변환하면서 에너지를 만들어낸다. 그 과정이 바로 핵융합이다. 인류는 수십 년째 이 반응을 지구에서 재현하려 시도해왔고, 2022년 말 미국 국립점화시설(NIF)이 처음으로 '투입 에너지보다 많은 에너지를 얻는' 실험에 성공했다. 작은 숫자처럼 들릴 수 있지만, 이건 물리학적으로 수십 년간 넘지 못했던 벽이었다. AI Generated · Google Imagen 핵융합이란 정확히 무엇인가 — 핵분열과 헷갈리지 않으려면 두 반응의 근본적인 차이 핵분열은 무거운 원자핵(우라늄, 플루토늄)을 쪼개는 것이다. 현재 전 세계 원자력 발전소가 모두 이 방식을 쓴다. 핵융합은 반대로 가볍고 작은 원자핵 두 개를 합쳐서 더 무거운 핵을 만드는 과정이다. 이때 질량 일부가 에너지로 전환된다 — 아인슈타인의 E=mc²이 실제로 작동하는 순간이다. 핵융합 연료로 가장 많이 쓰이는 조합은 중수소(deuterium)와 삼중수소(tritium)다. 중수소는 바닷물에서 추출할 수 있고, 삼중수소는 리튬에서 만들어낼 수 있다. 이론적으로 바닷물 1리터에서 추출한 중수소가 휘발유 300리터에 해당하는 에너지를 낼 수 있다는 계산이 나온다. 물론 '이론적으로'라는 단서가 붙는다. 왜 핵융합은 자연적으로 일어나기 어려운가 원자핵은 모두 양전하를 띠고 있어서 서로 강하게 밀어낸다. 두 핵을 충분히 가까이 붙여 핵력이 작용하게 하려면 엄청난 온도와 압력이 필요하다. 태양 중심부 온도는 약 1,500만 도인데, 지구에서 핵융합을 일으키려면 오히려 그보다 훨씬 높은 1억 도 이상이 필요하다. 태양은 중력이라는 강력한 압력을 쓰지만, 지구에서는 그 대신 온도를 극단적으로 높이는 방식으로 보완해야 하기 때문이다. AI Generated · Google Imagen 핵융합 반응로는 어떻게 작동하는가 — 플라즈마를 가두는 기술 토카막: 자기장으...

우라늄 연료봉 하나에 담긴 에너지는 석탄 약 3톤과 맞먹는다. 크기는 손가락만 하다. 원자력 발전이 단순히 '위험한 기술'로만 묘사되는 경우가 많지만, 실제로는 현재 인류가 보유한 발전 기술 중 단위 면적당 가장 많은 전기를 만들어내는 방식이다. 그 원리는 생각보다 훨씬 우아하고, 동시에 훨씬 복잡하다. Photo by Maxim Abramov on Unsplash 원자력 발전이란 무엇인가? 핵분열의 기본 개념 원자를 쪼개면 무슨 일이 일어나는가 원자력 발전의 핵심은 '핵분열(nuclear fission)'이다. 우라늄-235나 플루토늄-239 같은 무거운 원자핵에 중성자를 충돌시키면, 원자핵이 두 개의 더 작은 핵으로 쪼개진다. 이때 엄청난 양의 열에너지와 함께 2~3개의 새로운 중성자가 방출된다. 이 중성자들이 다시 주변의 원자핵과 충돌하면서 연쇄반응이 시작된다. 여기서 중요한 개념이 '임계질량(critical mass)'이다. 연쇄반응이 스스로 지속될 수 있는 최소한의 핵연료 양을 말한다. 원자폭탄은 이 임계질량을 순간적으로 초과해 폭발적인 연쇄반응을 일으키지만, 원자력 발전소는 제어봉을 이용해 중성자 수를 정밀하게 조절하면서 반응 속도를 일정하게 유지한다. 흔히 원자력 발전소가 폭탄처럼 폭발할 수 있다고 걱정하는 사람들이 있다. 하지만 발전소의 연료는 우라늄-235 농도가 약 3~5% 수준으로, 핵폭탄에 필요한 90% 이상의 농축도와는 차원이 다르다. 구조적으로 핵폭발은 불가능하다. AI Generated · Google Imagen 원자력 발전소는 어떻게 작동하는가? 열에서 전기까지의 과정 원자로 내부의 흐름 핵분열로 발생한 열은 원자로 내부의 냉각수를 데운다. 이 뜨거운 물(또는 수증기)이 증기발생기로 이동해 별도의 물을 끓이고, 그 증기가 터빈을 돌린다. 터빈에 연결된 발전기가 회전하면서 전기가 만들어진다. 원리만...