20세기 그 유명한 세계적인 물리학자 아인슈타인이 질량에너지 불변의 법칙을 발견하였다.
질량이란 물질의 양이라는 의미로서 지구상에는 물질의 무게와 일치한다. 불변의 법칙이란 새로 생성되는 것도 없고 소멸하는 법도 없다는 것이다.
아인슈타인은 1905년 상대성특수이론을 발표하여 세계물리학계를 깜짝 놀라게 했다. 상대성이론에 의하면 어떤 물체의 극소량의 무게가 방대한 양의 에너지로 바꾸어진다는 것이다. 이 유명한 공식은 어떤 물체의 질량이 에너지로 바꾸어지면 그 물체의 질량(m)에 빛의 속도(c)를 제곱한 만큼 곱해진 에너지가(E)얻어진다는 것이다.
이는 석탄 1g을 상대성이론으로 에너지로 변환시키어 버리면 석탄 1g을 태울 때 비해 약30억 배 이상의 에너지가 방출된다는 것이다.
우주는 150억년전 big bang으로서 시작되었다. 빅뱅직후에는 에너지야말로 우주였다. 그것이 물질로 변화함으로서 현재와 같은 우주가 생겼다고 생각할 수 있다.
원자력은 이 법칙을 이용하여 질량을 에너지로 변화시키는 기술로서 무엇보다도 우주의 근원적인 에너지원인 것이다. 태양에서도 질량이 에너지로 변화되고 있는데 그것은 빛이라는 형태로서 지구에 내려 쪼이고 있다. 석유는 수억년 전에 미생물이 태양의 빛으로 광합성을 하고 그것에 축적된 것이라고 생각된다. 근원을 찾으면 석유도 질량에서 생긴 에너지의 한 형태다.
인공적으로 질량을 에너지로 바꾸는 데는 2가지 방법이 있다. 하나는 우라늄 등의 무거운 원소에 중성자를 부딪치게 하여 원자핵을 분열시키는 핵분열인대 현재 가동 중에 있는 원자력은 이 핵분열반응을 이용하고 있다. 다른 하나는 수소나 핼륨 등 가벼운 원소의 원자핵을 아주 빠른 속도로 서로 충돌시키어 원자핵을 융합시키는 핵융합반응이다. 태양에서 일어나고 있는 반응은 핵융합이고 수소폭탄은 핵융합반응을 이용한다.
원자력핵분열에서도 핵융합에서도 반응에 의해 질량이 감소하는데 그것이 에너지로 변화되는 것이다. 질량이 에너지로 변화할 때 어느 정도 에너지를 방출할 것인가 질량에 광속의 2승을 곱한 에너지가 발생한다. 상대성특수이론 공식(E=mc) 빛의 속도는 굉장히 빠르다 이를 2승하는 것이다. 아주 적은 질량으로도 막대한 에너지가 생긴다.
그렇기 때문에 핵무기도 아주 큰 에너지가 순간에 발생하여 엄청난 파괴력을 가지게 된다. 그러나 이것을 서서히 에너지가 발생하도록 적절히 활용하는 것이 원자력의 큰 장점이 되고 있다. 예를 들면 100만KW급 발전소를 1년간 전력생산을 위해 필요한 연료인 석유는 150만톤의 엄청난 양이 필요할 뿐만 아니라 수송과 비축도 어려움이 많다.
그러나 원자력연료인 우라늄은 1년간 30톤이면 우리가 원한만큼 대용량의 전력을 생산하게 되는 장점을 가지고 있는 것이 원자력에너지가 되고 있다.
적은 양의 연료 우라늄을 이용하기 때문에 폐기물도 그만큼 양이 적다는 것이다. 석유150만 톤을 태우면 그 3배정도의 이산화탄소와 189만 톤의 물이 생긴다는 계산이 된다. 모두가 대기 중에 방출되어 눈에 보이지 않기 때문에 얼마만큼 폐기물이 나오는지 실감할 수 없지만 믿을 수 없을 만큼 폐기물이 나온다.
여기서 방출되고 있는 공해물질이산화탄소는 1년간 방출되는 양은 약120만 톤의 양이 된다. 원자력발전은 원자핵이 분열하는 반응이다. 우라늄235 등의 핵물질은 중성자가 부딪치면서 분열한다. 분열할 때 복수의 중성자가 날아와 다른 우라늄에 부딪치면 그 원자핵도 분열 된다.
이와 같이 차례로 기하급수로 부딪쳐 반응을 일으키는 것을 핵분열 연쇄반응 이라한다. 화석연료는 날로 고갈되고 있을 뿐만 아니라 공해물질방출로써 지구를 살리자는 세계적 기후변화 협약이 체결되고 있으므로 이에 대한 현실적 에너지대안으로 원자력발전은 지금 세계 여러 나라들이 원자력에너지에 매달리고 있는 현실임을 우리가 인정해야한다. 지금우리나라가 원자력발전이 있기 때문에 고유가 시대임에도 불구하고 안정적 전력공급을 하고 있는 것이 바로 원자력 에너지가 되고 있다.
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