핵분열과 핵융합은 어떻게 다를까?

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에너지 위기와 기후 변화가 점점 더 심각해지면서 인류는 새로운 에너지 대안을 모색하고 있다. 그 중심에는 원자핵을 이용한 두 가지 기술, 핵분열과 핵융합이 있다. 하나는 이미 우리 삶의 일부가 된 현실적인 에너지 기술이고, 다른 하나는 미래를 열기 위한 가능성에 도전하는 기술이다.

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핵분열, 현재를 책임지는 에너지

핵분열은 우라늄이나 플루토늄 같은 무거운 원자핵이 쪼개지며 에너지를 방출하는 반응이다. 주로 우라늄-235나 플루토늄-239이 중성자를 흡수하며 불안정해진 뒤 두 개의 더 가벼운 원자핵으로 쪼개지는 반응이다. 이 과정에서 방대한 양의 에너지와 함께 새로운 중성자들이 방출된다. 방출된 중성자는 다른 원자핵에 흡수되어 연쇄 반응을 유발하고, 이를 통해 지속적인 에너지 생산이 가능해진다.

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핵분열의 가장 큰 장점은 높은 에너지 효율이다. 우라늄 1kg은 석탄 수백만 킬로그램에 맞먹는 에너지를 생성할 수 있다. 또한, 화석연료처럼 이산화탄소를 배출하지 않아 기후 변화 문제를 완화하는 데 기여한다. 이 과정에서 생성된 열로 전기를 생산하는 원자력발전은 전 세계적으로 활용되며, 비교적 안정적이고 효율적인 에너지 공급원으로 평가받고 있다.

 

 

 

 

그러나 핵분열 위험과 문제점은 여전하다. 방사성 폐기물 처리 문제는 해결 기미가 보이지 않고, 원전 사고에 대한 불안감은 꾸준히 제기되고 있기 때문이다. 체르노빌과 후쿠시마 참사는 핵분열 기술이 가진 위험성을 명확히 보여줬다. 더 나아가 원전 운영 비용과 폐기물 관리 비용을 감안할 때, 핵분열은 단기적으로는 유용하지만 장기적인 해결책이 되기엔 부족하다는 평가를 받고 있다.

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핵융합, 가벼운 원자핵의 결합이 만들어내는 태양의 에너지

핵융합은 현재로서는 미래를 꿈꾸는 기술에 가깝다. 핵융합은 두 개의 가벼운 원자핵, 주로 중수소와 삼중수소가 결합하며 더 무거운 원자핵(헬륨)을 형성하는 과정에서 막대한 에너지를 방출하는 반응이다. 태양과 별이 에너지를 생성하는 원리와 동일하다.

 

 

 

 

핵융합의 가장 큰 강점은 안전성과 청정성이다. 연료는 바닷물에서 무한히 얻을 수 있는 중수소와 리튬에서 생성 가능한 삼중수소를 사용한다. 방사성 폐기물이 거의 없으며 폭발 위험도 없어 환경적으로 우수하다.

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그러나 핵융합을 상용화하기 위해서는 기술적 도전을 넘어야 한다. 원자핵이 서로 밀어내는 전기적 반발력을 극복하기 위해 섭씨 1억 도 이상의 초고온 상태와 강력한 자기장이 필요하다.

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천문학적인 비용 또한 에너지 전환의 걸림돌이다. 프랑스에서 진행 중인 국제핵융합실험로(ITER) 프로젝트는 약 20조 원의 총 사업비가 투입될 것으로 예상되며, 한국도 이 프로젝트에 참여하며 기술 개발과 분담금 부담을 나누고 있다.

 

 

 

핵융합 기술, 어디까지 왔나?

핵분열은 당장의 에너지 수요를 충족하는 데 기여하고 있지만, 그 부작용과 한계는 분명하다. 반면, 핵융합은 깨끗하고 안전한 에너지로 이상적인 미래를 제시하지만, 기술적 난관과 천문학적인 비용이 문제다. 그렇다면 현재 핵융합 기술의 주소는 어디일까. 그 중심에는 프랑스에서 건설 중인 국제핵융합실험로(ITER)가 있다. ITER는 2027년 운전을 목표로 하며, 핵융합 상용화를 위한 핵심적인 기술 실험을 진행 중이다.

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한국 역시 초전도 핵융합장치인 KSTAR를 통해 1억℃ 이상의 초고온 플라즈마를 수십 초간 유지하는 데 성공하며, 핵융합 기술 선도국으로 자리 잡고 있다. 정부는 2035년까지 500MW급 핵융합 실증로를 개발해 상용화 기반을 마련할 계획이다.

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또한, 미국을 중심으로 Helion Energy, CFS와 같은 민간 기업들이 혁신적인 연구를 통해 상업적 핵융합 가능성을 제시하고 있으며, 민간 자본과 정부 지원을 바탕으로 핵융합 개발에 힘쓰고 있다.

 

 

 

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