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보고서설명
20세기 들면서 원자력은 새로운 에너지원으로 주목을 끌고 있다. 오늘날 핵분열 에너지를 이용한 원자력 발전은 화석 연료를 사용한 화력 발전에 대해 경제적으로도 충분히 이겨낼 수 있는 단계에까지 이르렀다. 특히 원자력이야말로 고갈되어 가는 석유 자원을 대신할 수 있는 새로운 에너지 자원으로 많은 기대를 모으고 있다.
본문일부/목차
원자핵의 내부에서 양자와 중성자를 결합시키고 있는 힘은 만유인력이나 전기력도 아니고 핵 내의 입자간에 작용하는 핵력(nuclear force)이라고 하는 새로운 힘이다.
이 핵력은 양자 역학에서 설명되는 힘으로서 중간자가 이 핵력의 매개를 하고 있다. 원자핵을 형성하기 위한 양자나 중성자 한 개 당의 결합에너지는 원자핵의 질량수에 따라 그 크기가 달라진다. 여기서 질량수란 양자와 중성자를 합계한 수를 말하며 이것은 곧 그 원자핵의 무게를 나타내고 있는 것이다.
일반적으로 질량수가 큰 원자핵은 핵분열을 일으켜서 이 결합 에너지의 일부를 방출하며(핵분열 에너지), 반대로 질량수가 작은 원자핵은 두 개의 원자핵이 한 개의 원자핵으로 융합할 때 에너지를 방출하게 된다(핵융합에너지). 이들 핵에너지는 굉장히 큰 것이므로 이것을 잘 이용하면 소량의 물질로부터 막대한 에너지를 얻을 수 있다. 현재의 원자력발전에서는 주로 의 핵분열 에너지를 이용하고 있는데 앞으로는 고속 증식로의 개발을, 그리고 더 나아가서는 중수라든가 리튬 등의 핵융합에너지 이용에 관한 연구개발이 추진되고 있다.
의 원자핵에 0.025[eV] 정도의 에너지를 갖는 열중성자가 충돌하면 핵분열이 일어나 분열생성물과 평균 2.5개의 중성자 및 약 200[MeV]의 에너지를 방출한다. 이를 식으로 표현하면 다음 식과 같다.
+ → A+B++200[MeV]
통상 연소등의 화학반응은 분자와 분자 사이의 반응이다. 거기에 관여하는 에너지가
1~수eV/분자인 것을 생각하면 위의 핵반응에 의한 에너지는 상대적으로 아주 큰 값이라 할 수 있다. 위의 반응식에서 A,B는 핵분열생성물이며 v는 방출 중성자수로서 평균 2.5이다. 방출에너지는 핵반응에서 일어나는 질량결손에 의하여 발생된다.
1g의 중에는 6.02*/235개의 원자가 존재하기 때문에 이것이 전부 핵분열하면
200[MeV]*6.02*/235=8.2*[J]=23,000[kWh]=950[kW·일]의 에너지를 방출한다.
이것이 석탄 약 3.3[t]의 연소에너지에 상당한다.
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