핵무기나 핵발전소의 폐기물에서 방사능을 제거하는 기술은 아직 개발이?
플로토늄은 원자력 발전의 부산물로 지금도 생산되고 있지만, 핵무기의 원료로 쓰이는 것 외에는 아직까지 유용한 이용방법이나 안전한 처리 방법이 발견되지 못하였다고 알고 있습니다. 플로토늄의 독성이 반으로 줄어들기 위해서는 무려 2만4천년 이상의 시간이 걸린다고 하죠. 아직 인류의 과학기술로 방사능을 제거하는 기술은 개발이 안되고 있나요?
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
불안정한 원자핵을 제어할 수 없기 때문입니다. 원자핵에 대해 설명하기 전에 우리에게 친숙한 원자의 경우를 보지요.
원자는 원자핵과 전자로 되어 있고 전자는 원자핵 주위에서 안정되게 존재할 수 있는 에너지 상태에 가장 낮은 에너지 상태부터 차곡차곡 채워져 있습니다. 이런 원자를 안정된 원자라고 하지요.
그런데 외부에서 원자에 에너지를 주어서 전자가 더 높은 에너지 상태로 올라가면, 불안정한 원자가 되고 불안정한 원자의 높은 에너지 상태로 올라간 전자는 낮은 비어있는 에너지 상태로 내려오면서 그 에너지 차이에 해당하는 에너지를 갖는 전자기파를 방출합니다. 뜨거운 물체에서 빛이 나오거나 적외선이 나오거나 하는 것들이 바로 이런 현상에 해당합니다.
원자에서 전자들의 에너지 상태는 대개 몇 eV 정도입니다. 그정도 에너지를 갖는 전자기파는 적외선, 가시광선, 자외선 등이 됩니다.
그런데 경우에 따라 에너지 간격이 커서 keV = 1000 eV 정도의 에너지를 갖고 나오는 전자기파도 나오는데 그런 전자기파가 엑스선입니다.
원자핵은 양성자와 중성자로 되어 있는데, 원자핵 속에서 양성자와 중성자도 마치 원자에서 전자처럼 안정되게 존재할 수 있는 에너지 상태에 가장 낮은 에너지부터 차곡차곡 채워져 있습니다. 그런 원자핵이 안정된 원자핵입니다. 현재 우리 주위의 거의 모든 물질의 원자핵은 이렇게 안정된 원자핵입니다.
그런데 불안정한 원자핵에서는 양성자나 중성자가 더 낮은 상태로 내려오면서 그 차이가 되는 에너지를 갖는 전자기파가 나오는데 그때 에너지 차이는 MeV = 1000 keV = 1000000 eV 정도이고 그런 에너지를 갖는 전자기파가 감마선입니다.
원자핵에서는 감마선도 나오지만 양성자 두개와 중성자 두개가 뭉쳐서 한꺼번에 나오기도 합니다. 그렇게 나오면 원자핵이 안정된 상태로 되기 때문입니다. 그렇게 나오는 것을 알파선이라고 합니다.
또는 중성자가 양성자로 변해야 원자핵이 더 안정되게 되기도 합니다. 그때는 중성자가 양성자와 전자로 변하는데, 이 전자는 원자핵에 있을 수가 없어서 밖으로 나옵니다. 이것이 베타선입니다.
이렇게 불안정한 원자핵에서는 경우에 따라 알파선, 베타선, 감마선이 저절로 나오며, 이것들을 방사선이라고 합니다. 이 방사선이 가지고 나오는 에너지는 MeV 정도입니다.
그래서 원자핵의 상태를 바꾸려면 MeV 정도의 에너지가 필요하고 그런 에너지에 해당하는 온도는 태양 중심부의 온도인 10억도 정도가 됩니다.
그렇지만 지상에서는 이런 온도를 만들 수가 없기 때문에 원자핵의 방사선 붕괴는 제어할 수가 없습니다. 그대로 놔두는 수밖에 없답니다. 이것은 기술 문제가 아닙니다. 기술이 아무리 발달해도 불가능합니다.