안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
핵발전소는 우라늄 원자핵이 중성자와 충돌해 쪼개지는 핵분열 연쇄 반응에서 발생하는 질량 결손 에너지를 열로 바꾸어 전기를 생산합니다. 이와 관련하여 설명해 드릴게요.
원자로 내부의 우라늄-235 원자핵에 느린 속도의 중성자가 충돌하면, 우라늄이 중성자를 흡수하여 불안정한 상태에서 바륨과 크립톤으로 핵분열 하여 가벼운 원자핵으로 쪼개집니다. 핵분열 후 반응 전보다 반응 후의 질량이 줄어드는 질량 결손이 발생하여 질량-에너지 등가 원리에 따라 줄어든 질량만큼 막대한 양의 열에너지로 변환됩니다. 우라늄 원자핵 1개가 쪼개질 때 보통 2~3개의 고속 중성자가 밖으로 튕겨 나오기 때문에 감속재로 속도를 늦추면 이 중성자들이 주위의 다른 우라늄-235 원자핵들과 다시 충돌하는 연쇄 반응이 일어납니다.
폭발적인 연쇄 반응을 막기 위해 중성자를 잘 흡수하는 붕소나 카드뮴 재질의 제어봉을 원자로 안에 넣거나 빼면서, 핵분열을 일으킬 중성자 수를 조절하여 일정량의 열만 지속해서 내도록 유지합니다. 이렇게 만들어진 열로 물을 끓여 거대한 양의 고압 수증기를 만들어내고, 이 수증기의 힘으로 터빈 날개를 회전시키고 터빈 회전축에 연결된 발전기 내부 자석이 고속으로 돌면서 전자기 유도 현상을 발생시켜 대규모 전기 에너지를 생산합니다.