지난 [핵융합VS핵분열] 1부-핵융합에 이어 2부(이자 최종편) 핵분열 편 기사입니다!

아직 1부를 보시지 않은 분들은 아래 링크로 들어가 얼른 보고 오시면 됩니다.

[핵융합VS핵분열] 1부-핵융합 편 링크 : 열려라! 즐거운 화학세상 (chemworld.kr)

핵분열이란 말 그대로 핵이 쪼개지는 과정입니다. 방사능 원소들은 핵이 불안정하여 안정적인 원소로 변화하기 위해 핵분열이 일어납니다. 방사능 원소는 43번 테크네튬, 61번 프로메튬, 84번 폴로늄~118번 오가네손까지의 원소들(동위원소 제외)이 방사성 원소들입니다. 

(이미지 출처 : blog.naver.com/smile737/221527003506)

현재 핵분열은 에너지원으로 사용되고 있습니다. 92번 우라늄에 중성자를 쏘면 우라늄 원자가 붕괴하게 됩니다. 핵분열 전과 후에 핵질량이 감소하는 경우에는 감소한 질량 만큼이 에너지로 전환됩니다. 우리는 이 에너지를 이용하여 전기를 얻는 것 입니다. 

우라늄 원자 핵이 붕괴하면 36번 크립톤과 56번 바륨으로 쪼개지고, 중성자가 방출되는데, 이 중성자가 다른 우라늄 원자핵과 충돌해 계속해서 핵분열이 일어나는 것 입니다. 이렇게 연쇄반응이 발생하면 우라늄이 폭파하게 됩니다. 이 원리를 이용한 것이 핵폭탄입니다. 이 막대한 연쇄반응으로 강력한 폭파력이 생기는 것 입니다. 그래서 이렇게 연쇄반응을 제어하지 못하면 원자로가 폭파하게 됩니다. 대표적인 원자로 폭파 사고로는 1986년 체르노빌 원전사고와 2011년 동일본 대지진 때 일어난 후쿠시마 원전사고가 있습니다. 

원자로에서는 '제어봉'을 이용해 중성자를 흡수하므로써 핵분열 반응을 조절하고 있습니다. 제어봉에는 주로 카드뮴, 붕소 등이 쓰입니다. 이 제어봉을 원자로의 노심(우라늄 연료가 있는 곳)에 넣었다 뺐다 하면서 핵연료의 반응도를 조절하는 작용을 하는 것입니다. 

현재 핵분열을 막대한 양의 에너지를 얻을 수 있지만 핵폐기물이 남는다는 단점이 있습니다. 핵폐기물에는 방사능이 있어서 콘크리트 등으로 밀봉하여 매립해야 하는데 안정한 폐기 방안이 없고, 심해에 투기되거나 지하에 매립되고 있습니다. 핵분열 후 재활용이 가능한 우라늄과 플루토늄은 물 속에 넣어 보관합니다. 

모든 방사능 원소들은 핵분열을 합니다. 이 핵분열 반응을 처음으로 발견한 사람은 오토 한이고, 그 공로로 1944년에 노벨화학상을 수상했습니다. 그런데 핵분열이 발생할 때 방출되는 입자에 따라 알파붕괴, 베타붕괴, 감마붕괴로 나눌 수 있습니다. 

알파붕괴는 방사성원자핵이 헬륨원자핵을 방출하는 핵분열로, 원자번호는 2, 질량수는 4 감소합니다. 천연 및 인공 방사성 원소 가운데 원자번호가 83 이상인 원소들에서만 볼 수 있는 반응입니다. 

베타붕괴는 불안정한 원자핵이 전자나 양전자를 방출하는 핵분열입니다. 베타붕괴를 통해 방출된 전자나 양전자가 만드는 입자선을 베타선이라고 합니다.

감마붕괴는 불안정한 원자핵이 안정한 상태로 가는 과정으로 감마선을 방출하는 현상입니다. 이 때 핵을 이루는 소립자의 구성에는 변화가 없으므로 핵의 종류나 원자번호, 질량수는 변하지 않습니다. 

[핵분열과 핵융합 최종 비교]

핵분열과 핵융합의 공통점으로는 

첫째, 핵반응이라는 점

둘째, 이 반응을 통해 에너지가 발생한다는 점이 있습니다. 

핵분열과 핵융합의 차이점으로는 

첫   째, 핵분열은 핵이 쪼개지지만 핵융합은 핵이 합쳐진다는 점

둘   째, 핵분열은 방사능이 발생하지만 핵융합은 방사능이 발생하지 않는다는 점

셋   째, 핵분열은 상대적으로 무거운 원소들에게만 일어나지만 핵융합은 상대적으로 가벼운 원소들에게 일어난다는 점

넷   째, 핵분열은 상온에서도 가능하지만 핵융합은 고온의 환경이 필요하다는 점

다섯째, 핵분열은 현재 에너지원으로 쓰이지만 핵융합은 아직 연구 중이라는 차이점이 있습니다. 

핵분열 반응과 핵융합 반응 중 핵융합 반응이 에너지 효율이 가장 좋고, 방사능 위험이 없다는 점에서 저는 핵융합 에너지가 하루 빨리 개발되어야 한다고 생각합니다. 

[핵융합VS핵분열] 기사를 읽어주셔서 감사합니다. 

이상 임태균 기자였습니다.