요약
체르노빌 사고 때 퍼진 고방사성 입자 속 핵연료가 40년 뒤에도 결정 구조를 대부분 유지했습니다.
독일 라이프니츠 하노버 대학교와 헬름홀츠 드레스덴로센도르프 연구소(HZDR) 연구진이 1986년 사고 때 원자로에서 나온 '핫 파티클'(8~50마이크로미터 크기의 고방사성 조각) 6개를 분석했습니다. 결과는 학술지 Journal of Hazardous Materials에 실렸습니다.
왜 중요한가
- 입자가 방사성 물질을 얼마나 빨리 내놓는지 가늠할 수 있어 건강 위험을 더 정밀하게 평가할 근거가 생깁니다.
- 핵분열 생성물이 입자 안에 그대로 갇혀 있어 주변 토양과 물에는 좋은 소식일 수 있습니다.
- 다만 표본이 적어 체르노빌 출입 금지 구역의 제한은 당분간 풀리지 않습니다.
핵심 내용
- 입자 속 이산화우라늄 연료의 결정 구조가 대부분 남아 있어 예상보다 화학적으로 안정적이었습니다.
- 입자는 연료와 비슷한 것, 지르코늄 피복관과 녹아 붙은 것, 흑연 화재로 산화된 것의 세 종류로 나뉩니다.
- 열흘간 이어진 흑연 화재로 생긴 U3O8 같은 산화물은 쉽게 부서져 바람에 실려 퍼집니다.
- 연구진은 프랑스 그르노블의 싱크로트론(강한 X선을 내는 가속기)에서 입자를 돌려 가며 2,000개 각도로 측정했습니다.
- 연구진은 두 지점에서 얻은 6개만으로는 지역 전체의 건강 위험을 단정할 수 없다고 선을 그었습니다.
HN 반응
- 한 이용자는 여기서 '안정적'은 입자가 덜 부서진다는 뜻일 뿐 방사능이 약해졌다는 뜻이 아니라고 짚었고, 제목이 낚시라는 맞장구가 붙었습니다.
- 히로시마는 1년이었다는 비교에는 연료 양이 190톤 대 64킬로그램으로 다르다는 반론이 붙었고, 논의는 핵폭발로 전기를 만들자던 옛 구상으로 번졌습니다.
여기서 "안정적"이라는 말은 기계적으로 안정적이라는 뜻입니다(예상만큼 빨리 부서지지 않는다는 것). 방사선학적으로 안정적이라는 뜻이 아닙니다(방사성 원소는 당연히 원래 속도대로 붕괴합니다).
감사합니다! 가이거 낚시 제목인가요?
40년째 진행 중인데, 히로시마는 1년이었죠.
연료가 가득 든 발전소였잖아요. 이게 왜 놀라운 일이죠?
핵연료 190톤 대 64킬로그램입니다.
172.4톤이에요*
결국 핵폭탄이 원자력 발전소보다 훨씬 안전하다는 얘기네요.
수십 년 된 설계로 플루토늄을 만들려고 갓 지은 원자로에, 안전장치는 전부 강제로 꺼 놓고, 어떤 운전원도 결과를 몰랐고 오프라인 실험은커녕 시뮬레이션조차 해 본 적 없는 시험을 가동 중에 하던 상황이라면요. 그렇다면 뭐, 어쩌면 그렇겠네요.
핵폭탄은 쾅 하고 터지라고 만든 물건입니다. 터지지 않는 부분은 전부 낭비이고, 그 무게는 더 크게 터지는 데 쓰는 편이 낫죠.
정확히는 터지라고 할 때 터지라고 만든 물건이죠. 핵무기 공학의 상당 부분이 안전장치에 관한 겁니다.
다음 단계: 핵폭탄을 에너지원으로 쓰자
1970년대에 열핵폭발에서 전기를 뽑아내자고 제안했던 프로젝트를 보세요.
https://en.wikipedia.org/wiki/Project_PACER
Project Plowshare도 있었습니다. Kurzgesagt가 https://www.youtube.com/watch?v=h3DCdWyb0cc 에서 다뤘죠.
핵폭탄으로 운하 같은 걸 만들겠다는 계획이었습니다. https://en.wikipedia.org/wiki/Project_Plowshare
Firecracker Boys를 읽었고 저자와 점심도 먹었어요! 추천합니다.
결국 우리는 물을 끓이고 있을 뿐이죠.
"사장님, 이 계획이 지하수에 방사성 부산물을 흘려보낼 가능성이 있지 않을까요?"
"닥쳐."
어떤 이유에서인지(아직 이유는 모르겠습니다) 열핵폭탄은 그 밖에 제안된 어떤 핵분열이나 핵융합 반응보다 훨씬 효율이 좋습니다.
제어 핵융합은 에너지를 먹기만 하는데, 수소폭탄 안에서 벌어지는 무슨 흑마법인지는 몰라도 그렇게 많은 "공짜" 에너지를 끌어내는 게 신기합니다.
우리는 거대한 핵융합 에너지원 주위를 돌고 있고, 그 에너지를 얻는 비용도 꽤 싸졌습니다. 효율 자체는 별로지만 에너지가 워낙 많고 공짜라서 상관없죠.
태양광은 태양계 바깥쪽에서는 쓸모가 없어요.
핵융합은 터무니없이 효율이 좋은 강력한 에너지원입니다. 문제는 핵융합이 일어나는 조건을 만들기가 매우 어렵다는 거죠. 넣은 에너지보다 적게 나오지 않는다고 확인된 방법은 핵분열 폭탄을 터뜨려 그 X선으로 핵융합 2차 장치를 압축하는 것 하나뿐입니다.
지난 70년간 핵융합 연구의 역사는 핵폭탄 없이 순에너지를 얻을 만큼 핵융합을 일으킬 비용 효율적인 방법을 찾으려는 노력이었습니다. 지금까지는 성과가 전무합니다. (고온 초전도체를 쓰는 자기 가둠 방식은 가능성이 있어 보이지만, 실제로 만들어 보기 전에는 되는지 알 수 없습니다.)
E=mc^2입니다. 처음 질량 가운데 에너지로 바뀌는 비율은 핵분열보다 핵융합이 더 높습니다.
핵융합의 문제는 그걸 유지하려면 아주 높은 온도와 압력이 필요하다는 점입니다. 핵분열 반응은 섭씨 몇백 도에서도 쉽게 유지할 수 있고, 원하면 그보다 낮은 온도에서도 됩니다(다만 보통은 물을 끓여 증기 터빈을 돌리는 게 목적이라 100°C 넘는 온도가 오히려 필요합니다).
핵융합에는 수백만 도가 필요한데, 용기로 쓰고 싶은 웬만한 물질은 전부 증발해 버립니다. 그래서 강한 자기장을 쓰고, 그 자기장을 유지하는 데 에너지를 많이 씁니다. 폭탄은 지속적으로 작동할 필요가 없고 주변을 전부 증발시키는 게 애초에 목적이니 이런 걸 신경 쓸 필요가 없죠.
게다가 효율은 사실 문제가 아닙니다. 핵분열의 효율은 이미 터무니없는 수준입니다. 우라늄 일정 질량을 핵분열시키면, 그 질량의 270만 배나 되는 석탄을 태울 때와 같은 에너지가 나옵니다. 질량 기준으로 그렇고, 부피 기준으로는 차이가 더 큽니다.
핵융합의 주된 장점은 수소가 우라늄보다 훨씬 흔하다는 것(우라늄도 구하기 어렵진 않지만)과, 핵융합의 부산물이 헬륨(방사성이 없고 쓸모가 많은 비활성 기체)이라는 것입니다. 반면 핵분열 부산물 중에는 방사성이 있거나 상업적 용도가 제한적인 것이 있습니다.
핵추진 로켓 구상 중에는 바로 그걸 제안한 것도 있어요. Project Orion 같은 거요.
핵분열 파편 로켓 엔진도 (이론상) 효율이 엄청나게 높죠. 반응에서 나오는 입자를 그대로 고속 배기류로 쓰니까요.
FFR은 비추력(ISP)은 아주 높지만 추력은 미미합니다. 딱히 실용적이진 않죠.
많은 임무에는 실용적입니다. 사람을 직접 다른 행성에 보내는 일에만 맞지 않을 뿐이죠. 예를 들어 태양 전체를 중력 렌즈로 쓰려고 망원경을 550AU 밖까지 보내는 임무를 생각해 보세요. 명왕성보다 11배도 넘게 먼 거리인데, 핵분열 파편 추진기라면 뉴허라이즌스호가 명왕성을 지나가는 데 걸린 시간 정도면 망원경을 거기까지 보낼 수 있습니다.
그 임무라면 이온 추진 방식과 비교해 보고 싶네요.
이온 추진기는 작동하는 데 상대적으로 제논을 많이 쓰지 않나요?
네, 비추력도 핵분열 파편 추진기보다 훨씬 낮습니다.
상용 이온 추진기의 ISP는 1000초에서 4000초 사이입니다( https://en.wikipedia.org/wiki/Ion_thruster#Comparisons ). 핵분열 파편 추진기는 ISP가 10만 초를 넘을 것으로 추정됩니다( https://www.nasa.gov/general/aerogel-core-fission-fragment-rocket-engine/ ). 물론 이온 추진기는 시중에서 바로 살 수 있다는 건 확실한 장점이죠. 그리고 핵분열 파편 추진기용 연료를 만드는 건 아마 꽤 재미있을 겁니다.
태양에서 이렇게 멀면 어차피 원자력 동력원도 필요하다는 건 말할 것도 없고요.