보고서를 쓰는 이유
1. 다른 에너지원보다 압도적으로 많은 양의 에너지를 만들어내는 핵융합발전, 핵분열발전의 차이를 비교하고 이를 통하여 수업시간에 배웠던 질량 보존법칙이 어떻게 적용되는지 탐구하고 이해의 폭을 늘리기위해, 더 많은 진로를 찾고 나의 관심 분야를 정확히 알기위해서 보고서를 쓰게 되었다.
서론
1) 핵분열발전(원자력 발전)이란?
우라늄-235 등 무거운 원자핵에 중성자를 충돌시켜 쪼개질 때 발생하는 막대한 열에너지로 물을 끓여 증기를 만들고, 이 증기로 터빈을 돌려 전기를 생산하는 방식으로 우라늄 1kg으로 200억 kcal라는 거대한 에너지를 생산해냅니다. 탄소 배출량이 적은 장점또한 있지만, 고준위 방사성 폐기물이 발생하는 위험한 단점이 존재합니다. 핵분열발전에는 효율적인 원자로가 존재하는데 이는 SMR(Small Modular Reactor)로 기존에 아예 다른 장치로 독립되어 있던 핵심 장비들이 모두 원자로 안에 통합되어 있다는 점이 특징입니다. 따라서 필요한 장비를 모두 포함하고도 크기를 크게 줄일 수 있도록 작은 크기와 출력을 가지도록 설계되었으며, 그 덕분에 도서산간지역에 쉽게 배치할 수 있고 아예 바다에 담가놓는 방식으로 냉각문제를 해결하는 컨셉까지 존재합니다.
2) 핵융합발전이란?
바다에 풍부한 중수소(2H)와 흙에서 쉽게 추출할 수 있는 리튬(삼중수소)를 이용해 1억도 이상의 초고온인 플라즈마 상태에서 중수소와 삼중수소가 핵융합하는 과정에서 에너지를 얻습니다. 핵분열발전보다 7배나 더 많은 에너지를 내는 핵융합발전의 핵융합로는 에너지 특성 및 구조상 폭발이 불가능하며 연료공급중단,온도 낮추면 즉시 가동이 중단되어 누출과 폭발의 위험을 최소화 할 수 있는 점에서 핵분열 발전보다 뛰어난 점을 알 수 있습니다. 우리나라의 핵융합발전 상용화 시기는 2050년을 목표로 두고있습니다. 핵융합 발전에서 높은 온도인 플라즈마를 가두기 위해서 토카막(Tokamak)을 사용하기도 하는데 자기장을 활용해서 에너지 가둠 시간을 높히는 것이다. 토카막에는 단점이 있는데 플라즈마 내부에 전류가 흐르니 자기장도 생겨 플라즈마 불안정성이 매우 커지는데, 토카막 속 플라즈마가 흔들린다거나, 갑자기 식어 사라져버려 붕괴되는 것이 토카막의 에너지 가둠 시간을 줄이는 주 원인입니다. 이것만 아니었다면 토카막으로 인해 핵융합 발전이 더 빠르게 상용화되었을것입니다.