안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
우라늄은 자연계에 존재하는 원소 중 가장 무거운 원소 중 하나로, 스스로 방사선을 내뿜는 방사성 금속입니다. 특유의 물리적 특성 덕분에 현대 원자력 산업의 가장 핵심적인 물질로 자리 잡고 있습니다. 우라늄은 은백색의 무거운 금속으로, 철보다 약 2.5배, 납보다도 약 1.7배 더 무겁습니다. 자연 상태에서는 다른 원소들과 결합하여 광석 형태로 존재하며, 방사성 붕괴를 통해 아주 오랜 시간에 걸쳐 납으로 변해가는 성질이 있습니다.
수많은 원소 중에서도 원자력 발전의 연료로 우라늄-235가 선택된 이유는 스스로 연쇄 반응을 일으키며 막대한 에너지를 낼 수 있는 특별한 성질 때문입니다. 우라늄-235 원자핵에 중성자 하나가 충돌하면, 원자핵이 바륨과 크립톤 등 더 가벼운 두 개의 원소로 쪼개지는데, 이때 분열 과정에서 2~3개의 새로운 중성자가 튀어나옵니다. 이 튀어나온 중성자들이 옆에 있는 다른 우라늄-235 원자핵과 다시 충돌해 핵분열을 일으키고, 이 과정이 기하급수적으로 반복되는 것을 연쇄 반응이라고 합니다. 이 반응이 지속되어야 발전기를 돌릴 수 있는 열을 끊임없이 얻을 수 있습니다.
우라늄-235가 쪼개질 때, 분열되어 나온 조각들의 질량을 다 합쳐도 원래 우라늄의 질량보다 아주 미세하게 가볍습니다. 질량 결손이 질량-에너지 등가 원리에 의해 엄청난 형태의 열에너지로 변환됩니다. 우라늄 1g이 핵분열할 때 나오는 에너지는 석탄 3톤, 석유 9드럼을 태울 때 나오는 에너지와 맞먹는다고 합니다.