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매콤달콤

논란의 원자력 발전... '이곳'에서는 미래가 기대된다고?

매일경제가 매콤달콤한 소식을 전해드립니다.

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과거 '원자력'은 미래 에너지로 주목 받으며

여러 국가에 도입된 바 있습니다.


하지만 현재에는 탈원전 정책을 두고

여러 나라에서 논쟁이 오고 갈 만큼

논란의 중심에 있는 대상이 됐죠.


출처한국수력원자력


어쩌면 원자력의 미래는 지구가 아닌

'이곳'에 있을지도 모른다고 하는데요. 


과연 어느 곳일까요? 




미국, 중국에 이어 아랍에미레이트(UAE)까지.


지난 7월 각국이 앞다퉈 '화성 탐사'에 뛰어들며

우주를 무대로 한 기술경쟁이 펼쳐졌습니다.


출처AP연합


미국은 지난달 30일 발사한 화성 탐사 로버 `퍼시버런스`를 통해 고대 생명체의 흔적을 찾고, 지구로 가져올 토양·암석 샘플을 채취해 보관하는 임무를 수행한다고 합니다.


출처NASA


미국은 이를 통해 얻은 정보를 토대로

2030년대에 '화성 유인탐사'를

준비할 예정이라고 하는데요.


이에 장기간 우주에 머무르면서

필요한 에너지를 조달하는 방법에 대한

연구가 이뤄지고 있습니다.





우주에서 '전기'를 얻는 법

인류는 지금까지 수많은 인공위성, 무인탐사선, 로버 등을 쏘아 올렸습니다. 이들 중 일부는 발사 후 40년이 넘도록 작동하고 있는데요. 그 이유는 여러 발전 방법을 활용했기 때문입니다.


황량한 우주에서 전기를 얻기 위해 많이 활용되는 세 가지 동력원은 △태양 △배터리 △방사성 동위원소 등으로 탐사선이 수행하게 될 임무에 맞춰 동력원을 적용합니다.


출처게티이미지뱅크


우리에게도 익숙한 '태양열발전'은 무한한 에너지원인 태양열을 이용해 전기를 얻는 방법입니다. 지구 궤도를 도는 인공위성들은 양쪽에 날개처럼 달려 있는 태양 전지판을 통해 전기를 얻습니다.


하지만, 이러한 태양열발전에도 단점도 있는데요. 탐사선이 태양에서 멀어지거나, 행성의 그늘진 부분을 탐사할 경우 햇빛을 받기 어려워 발전 효율이 떨어진다는 것입니다.


영화 <마션> 속 마크 와트니는 햇빛이 강하게 내리쬘 때마다 열심히 태양 전지판을 꺼내 배터리를 충전했습니다.

출처IMDb


이런 문제를 해결하기 위해 고안된 것이 바로 '방사성 동위원소'입니다.


모든 물질은 원자로 구성돼 있습니다. 원자끼리 붙어 있으려면 상당한 에너지가 필요한데, 플루토늄-238 같은 `방사성 동위원소`들은 불안정한 상태라 서로 떨어져 나갑니다. 이처럼 원자가 떨어져 나갈 때 열에너지가 방출되는데요.


영화 <마션>에는 마크 와트니가 땅 속에 묻혀 있던 무엇인가를 꺼내는 장면이 등장하는데요. 와트니가 찾은 이것이 바로 바로 `방사성 동위원소 열전발전기(RTG)`입니다.

출처영화 <마션>


여기서 발생한 열에너지를 이용해 발전을 하는 것을 `방사성 동위원소 열전발전기(RTG)`라고 합니다. 


방사성 동위원소를 이용한 전력 시스템은 가혹한 환경에서도 오랜 시간 작동 가능해 보이저 1·2호 같은 장기간 우주탐사에 유리합니다.





'우주'에서 원자력 발전을?

방사성 동위원소 열전발전기로도

소량의 전기를 만들 수는 있지만,

 

여러 명이 장기간 거주하며 연구 등을 수행하는

유인 우주기지용으론 적합하지 않습니다.


출처NASA


미국은 이 문제를 해결하기 위해 '원자력'에 주목했는데요. 탈원전 정책이 진행 중인 우리나라 시각으로는 의아할 수도 있지만, 미국은 우주에서 원전을 돌릴 계획을 세우고 있습니다.


1960년대부터 시작된 `원자력 보조 전력 시스템(SNAP)` 프로그램 연구는 크게 두 갈래로 이뤄졌습니다. 하나는 앞서 알아본 방사성 동위원소 붕괴를 이용하는 방식, 다른 하나는 '소형 원전'을 만드는 것이었죠.


출처NASA


소형 원전 개발로 탄생한 것은 'SNAP-10A'라는 원자로가 실린 위성으로, 이 원자로는 30킬로와트(㎾)의 출력을 낼 수 있었습니다.


미국은 1965년 원자로가 실린 위성을 우주로 쏘아 올렸지만, 발사 43일 만에 부품 고장으로 멈춰버리면서 한 순간에 우주 쓰레기 신세가 되고 말았습니다.


출처NASA


이후, 중단과 재개를 반복해 오던 우주 원자로 연구는 2014년 미항공우주국(NASA)의 `게임 체인징 개발 프로그램`으로 다시 부활했는데요. 미국 에너지부와 나사 등은 공동으로 '킬로파워'라는 소형 원자로를 개발하고 있습니다.


우라늄 235와 몰리브덴 합금을 원료로 사용하는 킬로파워는 탄화 붕소 제어봉으로 핵분열을 제어하는데요. 목적지에 도착하면 제어봉을 제거해 원자로를 가동하며 이때 발생한 열을 가지고 전기를 만들게 됩니다.


약 40㎾ 규모 원자로면 4~6명의 우주비행사가 화성에 체류하는 데 충분한 전력을 공급할 수 있을 것으로 추정됩니다.




미 에너지부는 최근 달과 화성에서 운영할 수 있는 원전 개발 아이디어 공모에 들어갔습니다. 우주 공간에 건설할 원자로 설계를 결정하는 것과, 이를 달까지 운반할 이동수단인 우주선·착륙선의 개발에 관련한 것으로 개발하려는 원자로는 최소 10㎾의 전력을 생산할 수 있어야 합니다.


최대 무게는 3.5t 이하, 최소 10년은 운영할 수 있어야 한다는 조건도 달았죠. 미 정부는 2026년까지 원자로와 운송수단의 개발을 완료할 계획입니다.


출처NASA


이 원자로는 달의 남극지역 탐사에

활용될 계획이라고 하는데요.


원자력이 우주 탐사의 해답이 될 수 있을까요?




이 콘텐츠는 매일경제의 기사 

한국은 탈원전인데...미국은 우주서 원전가동 추진을 참고하여 제작했습니다.


[이영욱 기자 / 신소정 인턴기자]


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