원소를 변환하는 핵분열 & 핵융합

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핵분열과 핵융합의 차이

 

엄청난 에너지를 방출하는 핵분열 및 핵융합 현상은 모두 원자력 발전을 통해 대량의 전기를 생성하는 데 사용될 수 있습니다. 현재 원자로에서 전기 생산에 사용되는 기술은 핵분열을 이용합니다. 핵융합은 방사성 폐기물을 거의 생성하지 않는 장점으로 많은 국가에서 연구하고 있는 분야이지만 극한의 압력과 온도 조건 등을 충족해야 하기 때문에 실행이 쉽지 않아 아직 실험 단계에 있습니다.

 

핵분열

핵분열은 원자의 핵이 둘 이상의 더 작은 핵으로 분열될 때 발생합니다. 핵분열은 중성자가 무겁고 불안정한 원자와 충돌할 때 발생하는데 그 과정에서 중성자가 함께 방출됩니다. 방출된 중성자들은 또 다른 원자와 충돌하여 새로운 핵분열이 계속해서 발생하게 되며 이를 연쇄반응이라고 합니다.

 

예를 들어 우라늄-235는 중성자의 충격으로 2개로 분열되어 다른 원소를 생성합니다. 이때 핵분열 생성물이 우라늄-235보다 낮은 에너지를 갖기 때문에 핵분열 과정에서 에너지를 방출하게 됩니다.

 

핵분열은 방사능이 높은 입자를 많이 생성하며, 화학반응에서 방출되는 에너지보다 매우 크지만 핵융합으로 방출되는 에너지보다 낮습니다. 핵무기의 한 종류인 원자폭탄이 핵분열을 이용한 폭탄이고 수소폭탄이 핵융합 반응에 의한 것입니다.

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핵융합

핵융합은 2개의 원자핵이 서로 결합하여 더 무거운 핵을 생성하는 과정을 말합니다. 예를 들어 수소의 2가지 동위원소인 중수소와 삼중수소를 결합하여 대량의 에너지를 방출하면서 헬륨 원자를 생성합니다. 

 

수소 핵융합

 

극도로 높은 온도에서 핵을 강제로 결합하면 강력한 핵력에 의해 결합될 수 있습니다. 그리고 에너지의 방출은 위 그림의 중수소와 삼중수소와 같이 핵융합 전의 두 원자가 갖는 에너지가 핵융합 후에 생성되는 헬륨 원자보다 많은 에너지를 가지고 있으면 그 차에 해당하는 에너지가 방출되는 것입니다.

 

핵융합을 통해 수소를 헬륨으로 변환하듯이 자연적으로 생성된 원소 외에 새로운 원소를 생성하는 데 핵융합을 사용할 수 있습니다. 핵융합의 자연적 발생은 태양과 같은 별에서 일어납니다.

 

아직 실험 단계에 있지만 핵융합은 우리에게 저탄소 에너지를 대량으로 그리고 거의 지속적으로 생산할 수 있다는 희망을 줍니다. 같은 양의 물질로 핵융합을 이용하면 석유, 가스, 석탄 등 화석 연료보다 400만배 더 많은 에너지를 생산할 수 있으며, 폐기물이 거의 발생하지 않고 방사능도 상당이 낮아 많은 이점이 있습니다.

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