원자력은 일반 국민들이 쉽게 접근할 수 없는 과학 분야다. 잘 아는 것 같으면서도 모르는 것이 의외로 많은 게 세상살이다. 또 어렴풋이 알 것 같은데 꼬집어 물으면 대답하기 어려워 우물쭈물 넘어가는 경우도 적지 않다. 이 기회에 몇 가지 관련된 용어들을 대강은 알고 넘어 가기를 바란다.
방사능, 방사성물질, 방사선은 원자력과 관련하여 말할 때 가장 많이 쓰이는 용어들이다. 얼핏 같은 것 같으면서도 각각 그 의미가 다른 것이다.
방사능이란 어떤 물질이 방사선을 낼 수 있는 능력을 말하고 방사성물질이란 이러한 능력을 갖고 있는 물질을 말한다. 방사성의 물질의 대표적인 것으로 우라늄을 말할 수 있다.
방사선이란 물질을 투과할 수 있는 힘을 가진 방사선과 같은 것으로 크게 자연에 존재하는 자연방사선과 인공적으로 만든 인공방사선으로 구분되며 광선의 종류에 따라 X선 알파 배타 감마 중성자 전자 우주선 등 여러 가지가 있다.
핵폭발할 때 나오는 것 중 인체에 치명적인 영향을 미치는 것은 이 가운데 감마선이며 방독면으로 가장 많이 보호받을 수 있는 것이 알파선이다. 알파 배타 감마선 등의 투과력이다. 방사능과 방사선은 흔히 혼동하기 쉬운데 이들의 관계는 전등과 광선과의 관계로 비유할 수 있다.
방사성동위원소가 전기불을 방출하는 능력과 성질을 갖고 있는 필라맨트로 비유할 수 있다. 오늘날 많은 사람들이 방사선하면 먼저 두려움부터 갖는 것이 보통이다.
사실 방사선은 공기나 물과 같이 이 세상을 구성하고 있는 수많은 필수요건 중의 하나로 우리와 함께 존재하고 있다. 바로 이것이 지구가 생기면서 시작되기 시작한 자연방사선이다.
그러나 세상에 모든 이치가 그렇듯이 방사선은 사용하기에 따라 우리에게 이로운 혜택을 줄 수 있는 반면 특정 환경이나 조건 아래서는 치명적인 피해를 줄 수 있는 양면성을 지니고 있다.
핵연료는 핵무기와 원자력발전소의 원자로 연료가 되는 물질을 말한다. 구체적으로 말하면 우라늄235와 플루토늄239가 있다. 이때 핵무기에 쓰이는 것은 100% 농축된 우라늄235와 플루토늄239며 원자력발전소의 연료로 사용되는 것은 우라늄 235가 2~4% 저 농축된 우라늄으로 담배 필터 모양의 핵 연료봉 다발을 만들어 사용하게 된다.
우라늄은 원자번호92번의 자연원소 원자로의 연료나 핵무기의 재료로 사용된다. 동위원소로는 우라늄234 0.006% 우라늄235 0.72% 우라늄238 99.29% 등이 있다.
이 중 핵분열물질은 우라늄235이며 우라늄238은 핵분열을 일으키지 않지만 중성자를 흡수해 핵분열성의 플루토늄239로 변하게 된다. 이것은 고속증식로의 연료로 사용할 수도 있다.
플루토늄은 우라늄235가 원자로속에서 중성자세례를 받을 때 생기는 원소 우라늄238이 중성자 1개를 흡수하면 플루토늄239가 되며 2개 이상을 흡수하면 플루토늄240 241 242 등으로 변한다. 이 가운데 핵분열성인 플루토늄239는 소량으로도 원폭을 만들 수 있다. 이것을 1941년 미국의 과학자들이 처음 발견했으며 자연 상태에는 거의 존재하지 않고 우라늄 핵분열 때만 생기기 때문에 인공원소로 분류된다.
임개질량은 핵분열 연쇄반응이 지속적으로 진행되기에 충분한 핵분열물질의 양을 말한다. 원자폭탄이 폭발을 일으키기 위해서는 초임개질량 이상의 핵분열물질이 있어야 한다. 원자폭탄 내부에 별도의 폭약이 들어있는 것은 흩어져 있는 핵분열물질 초임개질량 이상으로 뭉치게 하기 위함이다.
우라늄235의 임개질량과 초임개질량은 각각 8kg과 12kg인 것으로 알려지고 있다. 원자폭탄을 만들려면 고농축 우라늄과 플루토늄10kg이면 원폭을 제조할 수 있다. 재처리는 원자로에서 어느 정도 사용한 핵연료는 우라늄 235의 비율이 새로운 연료에 비해 줄어든다. 새로운 연료인 플루토늄 외에도 핵분열 결과 80여종의 핵분열 생성물질도 생긴다. 원자로에서 끄집어 내 사용 후 핵연료로부터 플루토늄과 같은 유용물질과 폐기물을 분리해 내는 것을 재처리라고 한다.
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