맥북에어 M4 출시일

원자력과 연소력의 가장 큰 차이는 에너지원이다. 산업 혁명 이후 전 세계 전기 생산의 대부분을 차지하는 열력은 석유와 석탄을 태워서 발생하는 증기 압력으로 전기를 생산한다. 원자력은 또한 증기발생기를 가동시켜 전기를 생산하는 것과 같은 원리를 가지고 있지만, 원자로로 열을 발생시키는 것에는 차이가 있다. 원자로는 천연 우라늄을 가공하여 얻은 농축 우라늄의 분리로부터 열 에너지를 얻는 장치이다. 방출되는 중성자의 속도와 수를 제어하는 것은 기술적으로 중요하다.

만약 연쇄반응을 억제하고 적절한 에너지원으로 사용한다면, 그것을 원자로로 사용할 수 있고, 연쇄반응을 빠르게 증가시키면, 그것은 엄청난 에너지를 초단위로 방출하는 원자폭탄이 될 수 있다. 핵분열 동안 발생하는 에너지는 아인슈타인의 질량 에너지 등가 원칙에 따라 다음과 같이 계산할 수 있다.

이는 기존 화석연료보다 에너지 효율이 백만 배 이상 높으며, 핵분열이 처음 발견된 이래로 에너지원으로 활용하려는 노력이 계속되었다. 결과적으로, 원자력은 전세계 전기 생산의 30% 이상을 차지한다. 2017년 한국 수력발전소가 발표한 자료에 따르면, 한국은 148,427 GWh의 전기를 발전시키고 총 전력 생산량의 26.8%를 차지하고 있다.

전 세계적으로 운영되는 모든 원자력 발전소는 파단반응을 이용하는 원자로에 의해 운영된다. 원자로에 사용되는 주요 연료는 저농축 우라늄이며, 그 함량은 약 2 - 5% 증가한다. 연료로 사용되는 농축 우라늄은 원통형 림에서 처리되고 사용되며 대체 기간은 약 4-6년이다.

원자력발전소는 주로 핵분열 냉각수를 가열하는 원자로, 조리방지를 위해 압력을 조절하는 압력 조절기, 고온 고압수로 증기를 생산하는 증기발생기, 그리고 이 증기로부터 전기를 생산하는 터빈/발전기로 구성된다. 기본적으로 연료로부터 물을 가열하여 발생하는 증기 압력으로 터빈의 구조는 열 발생과 유사하지만 화석연료 대신 원자로에서 나오는 열에서 증기 압력 생성과는 다르다. 따라서 원자력은 에너지 효율적일 뿐만 아니라 온실 가스와 같은 환경 오염을 거의 배출하지 않는다는 장점이 있다. 그러나, 부산물로 방출되는 방사성 폐기물은 핵반응 후 폐기되어야 한다는 단점도 있다. 방사성 폐기물은 고질 및 저질 폐기물로 구분하여 95% 이상을 재활용할 수 있지만 저질 폐기물은 재활용할 수 없다. 보통 시멘트와 함께 지하로 저장됩니다.

원자력은 냉각수와 핵연료로 사용되는 재료에 따라 세분화된다. 낮은 우라늄 및 냉각수의 연료로 사용되는 가압 경수는 전세계 원자력 발전소의 약 60%를 차지한다. 또한 중수를 냉각수로 사용하는 가압수, 헬륨 가스를 연료로 사용하는 고응축 우라늄과 고온 가스 냉각수, 플루토늄을 원료로 사용하는 고속 연소관이 있다.

핵분열뿐만 아니라 핵융합도 활발히 개발되고 있다. 핵융합 발전소는 핵융합 과정에서 원자가 방출하는 대량 부족의 사용을 의미한다. 현재 조사 중인 원자로는 중수소 대신 삼중수소의 핵융합 에너지를 사용한다.

핵융합 반응은 태양의 내부와 같은 고온 밀도의 플라즈마 환경에서 발생한다. 따라서 인공 핵융합 반응을 유도하기 위해 고온밀도 바이러스를 유지해야 한다. 플라즈마를 합병에 필요한 만큼 완벽하게 통제하는 것은 매우 기술적이다. 이 문제를 해결하기 위해 7개국이 국제 핵융합 연구소를 설립하고 2025년부터 다양한 실험을 실시할 예정이다.

핵융합로는 원자로보다 에너지 효율적일 뿐만 아니라 매우 안정적이며 방사성 폐기물을 배출하지 않는다. 또한 우라늄보다 삼중수소를 추출할 수 있는 중수소와 물, 리튬과 같은 원료가 더 많아 새로운 에너지원이 된다.