오선진|이남주|김동훈|신용창|정영석|김태준|박동우

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1 오선진|이남주|김동훈|신용창|정영석|김태준|박동우
국내 유일 미래의 대통령 헌정 발표 오선진|이남주|김동훈|신용창|정영석|김태준|박동우

2 Contents Nuclear Power 2. Nuclear Waste 3. Controlled Fusion

3 1. Nuclear Power 리더 역겨운 방사능 어머니의 따스함 금강불괴 위험한 사랑 평화 문제 재앙 치즈케익
<원자력>이란 단어를 들으면 많은 사람들은 어떤 단어를 떠올릴까. 재앙, 문제, 역겨운, 위험한, 방사능 등의 단어가 떠오른다고 한다.그도 그럴 것이 체르노빌 원전 폭발 사고나 쓰리마일섬(Three mile island) 원전 사고가 있었고 얼마 전 일본 원전 사태까지 있었기 때문일 것이다. 그렇다면 우리는 정말 원자력을 멀리해야 할 만큼 안좋은 것인가? 풀리지 않는 문제일 뿐인가? 대중들 뿐만 아니라 리더들 사이에서도 원자력 문제에 관해서는 의견이 갈린다. <원자력 발전에 대한 화두 내용입니다. 책의 내용을 보시면 아시겠지만 원자력과 관련한 여러 내용을 독자(미래의대통령)에게 던져주고 판단하라고 하지만 , 저자는 원자력 에너지를 이용하는 것이 좋다라는 주제로 이야기를 하고 있습니다. 그래서 저희는 전체적인 주제를, 원자력 발전을 이용하는 것이 좋다라는 쪽으로 잡고 작성하였습니다> 평화 문제 재앙 치즈케익

4 1. Nuclear Power 체르노빌 원전 폭발 사고 쓰리마일 섬 원전 사고
원인 : 원자로 안전성에 대한 과신 운전자의 원자로 제어 실패 결과 : 56명 사망 만명 이상 방사능 피폭되어 ,000명 이상의 사망자 발생 체르노빌 원전 폭발 사고 원인 : 주급수 펌프 계통 고장 운전원의 작동 실수 결과 : 원자로의 사용 불능 억달러의 경제손실 쓰리마일 섬 원전 사고 원자력 사고란 원자력시설이나 원자력 이용에서 발생하는 사고이다. 원자력 사고는 폭발에 의한 피해뿐 아니라 눈에 보이지 않는 방사능에 의한 피해가 수반되어 공포와 두려움의 대상이 된다. 원자력 사고는 사고가 시설 내부로 국한되는 내부 사고에서부터 외부로 방사능이 누출되어 수많은 사람들이 방사능에 피폭되는 대사고까지 다양하다. 가장 최악의 사고는 1986년에 구소련(현재 우크라이나)에서 발생한 체르노빌 원전 폭발 사고이다. 발전소에서 원자로의 가동중단에 대비한 실험을 진행하다가 증기 폭발이 일어나 원자로의 콘크리트 천장이 파괴되어 대량의 방사성 물질이 대기 중으로 누출되었다. 56명이 사망하고, 20만 명 이상이 방사선에 피폭되어 25,000명 이상이 사망하였다. 누출된 방사성 물질은 우크라이나, 벨라루스, 러시아 등으로 떨어져 심각한 방사능 오염을 초래했다. 이 사고를 수습하기 위해 소련이 투입한 비용도 천문학적인 액수여서 결과적으로 소련이 붕괴되는 한 원인으로 작용하였다. 스리마일섬 원전사고는 미국 최초의 핵발전소 사고 이다. 처음 이 발전소의 제 2호 가압수형 경수로가 전기출력이 거의 전출력으로 운전중 증기발생기 2차에 물을 공급하는 주급수 펌프계통이 고장을 일으켰다. 긴급노심냉각장치가 가동하였는데도 운전원이 계랑을 오판하여 얼마동안 작동을 멈추게 하는 등의 실수가 겹쳐 냉각장치가 파열하고 , 대량의 핵연료가 외부로 누출되어 주변의 8km 이내의 주민가운데 임산부와 미취학 아동의 일시 피난이 있었다. 이 사고로 원자로는 사용불능이 되고, 약 10억달라의 경제적 손실을 입었다. 이는 미국 원자력 발전사상 최대의 사고 였으므로 원자력 발전소를 가지고있는 세계 각국에 원자력 누출 사고의 심각성에 대한 경종을 울리 계기가 되었다. <플루토늄말고도 , 원전폭발사고시 방사능누출 때문에도 찬반이론은 있고, 위 슬라이드는 원자력사고의 대표적사례 2가지(책에 언급된 사례) 입니다. 두 원전사고 모두 운전자의 제어 실패나 작동 실수로 인한 사건사고 인데, 체르노빌 사건은 엄청난 인명피해를 입혀서 뼈아픈 사건으로 기억되고 있고, 쓰리마일섬 사건은 큰 인명피해는 없었지만 전 세계에 경종을 울리는 그런 사건 이었습니다.> (약간 논리적이진않지만,, 위와같은 사고들 때문에 반대한다는 쪽으로 설명하시고, 뒤에 나오는 자갈밭원자로(앞으로 설치될 대체원자로)는 우리가 잘 몰라서 그렇지 안전하고 매우 경제적이기 떄문에 찬성한다는 쪽으로 설명하시면 될것 같습니다)

5 핵반응에서 생기는 열을 직접적으로 이용하지 않고 물을 데우는 데 쓰임
1. Nuclear Power 우라늄 235를 농축 1/1,000,000초에 반응이 일어나야 한다. 우라늄 238이 주 원료 우라늄 235는 0.3% 지속적인 연쇄반응 핵반응에서 생기는 열을 직접적으로 이용하지 않고 물을 데우는 데 쓰임 연쇄적인 핵반응 에너지 이용 핵폭탄 원자력 발전 이 문제를 풀기 위해서는 원리를 먼저 알아야 함. 핵폭탄과 원자력 발전의 차이를 알아야 한다. 우선 핵폭탄이 만들어지려면 자연 상태의 우라늄 (우라늄 238(99.7%), 우라늄 235(0.3%))을 정제해서 우라늄 235만을 농축해 만든다. 또한 핵반응이 아주 짧은 시간에 일어나 막대한 양의 에너지가 한 번에 방출돼야 한다. 하지만 핵 발전은 자연상태의 우라늄을 그대로 이용하고 긴 시간동안 지속적인 핵반응을 하며 이 반응에서 생긴 에너지로 물을 데워 간접적으로 에너지를 얻는다. 핵 폭탄과 핵 발전의 공통점은 기껏해야 핵반응 에너지를 이용한다는 것에 그친다. 이를 보면 핵발전에 위험성이 있는 것은 사실이지만 이것이 핵폭탄 처럼 터지지 않을 것이라는 것을 알 수 있다. 우선 각각에 쓰이는 원료가 다르고, 폭발이 일어난다 해도 농축되지 않은 우라늄은 기껏해야 다이너마이트 정도의 폭발력을 가질 것이기 때문이다. 우라늄 235와 238의 비율은 핵 반응 세기에 있어 가장 중요한 변수이다. 235가 많아질수록 핵반응은 활발해진다. 우라늄 238의 경우 핵반응을 하게 하는 중성자를 흡수하는 역할을 한다. <이것을 시뮬레이션으로 볼 수 있는 사이트를 첨부했습니다. 링크를 걸어두었으니 쇼로 들어가셔서 클릭하면 보실 수 있습니다.> <핵폭탄과 원자력발전은 그 메커니즘 자체가 아예 다르기때문에 핵발전이 생각하는것만큼 폭발의 위험이 없다는 것이 포인트입니다.>

6 1. Nuclear Power IN MOVIE & TV
<하지만 대중들은 매체에 의해 극단적 사례들이나 과장된 정보들만 자주 접해오다보니 원자력에 대해 부정적인 선입견이 강하다는게 포인트>

7 1. Nuclear Power 미국 발전력 20%가 104개의 원전에서 발생 국내 원전 위치 발전량 비율
원자력 발전은 가스, 석탄을 이용한 화력발전같은 다른 어떤 발전 방식보다 많은 에너지를 생산할 수 있으며 산소를 필요로 하지 않아 오랜 기간 지하에 머무를 수 있다. 이 같은 이유 때문에 미국은 현재 전체 발전의 20%가 104개의 원전에서 생산되고 있고, 한국의 경우에도 총 21기의 원전이 운행중이며 전체 발전량의 34%를 원전에서 얻고 있다. <하지만 우리가 잘 몰랐던 원자력의 장점은 위와같은 강력한 장점이 있고, 그렇기 때문에 원자력을 많은 국가에서 핵심에너지로 사용하고 있다 라는 내용입니다.> 발전량 비율

8 1. Nuclear Power 핵 반응 제어 방법 탄소봉 탄소봉에 부딪힌 중성자는 속도가 줄어 핵반응을 가능하게 한다. 중수
중성자가 추가된 중수를 감속재와 냉각재로 사용하는 원자로 경수 일반 물이나 경수를 원자력 발전은 중성자가 우라늄에 부딪치며 일어난다. 이 중성자의 속도가 빠르면 우라늄 238에 흡수되고 느리면 흡수되지 않은 채 계속해서 연쇄반응을 일으킨다. 그래서 핵반응의 속도를 조절하려면 이 중성자를 제어하는 것이 관건이다. 이 제어 방법은 크게 세 가지로 나뉜다. 탄소봉을 이용한 방법, 중수를 이용한 방법, 경수를 이용하는 방법이다. 이 세 가지 물질은 중성자의 속도를 늦춰 핵반응이 유지되게 만든다. 만약 이 제어 방법이 없다면 중성자의 속도가 빨라져 우라늄 238에 흡수되고 결국 핵반응은 멈추게 된다. 여기서 주목할 만한 점은 경수형 원자로이다. 경수형 원자로의 경우 좀 더 중성자가 많아야 하기 때문에 우라늄 235를 자연상태인 0.3%가 아닌 3%까지 올려 가동한다. 하지만 이 것이 원자폭탄처럼 터질 정도는 아니다. 이 방법은 미국이 사용하고 있는 방법이다. <원자력의 제어 방법(3가지) 은 위와 같고 ,이렇기 때문에 원자력발전은 우리가 생각하는 것만큼 절대 위험하지 않다는 게 포인트입니다.>

9 PLUTONIUM 1. Nuclear Power 반대 찬성 우라늄238 우라늄239 NEPTUNIUM
하지만 분명 위험은 있다. 그 중에서도 플루토늄에 주목해 보자. 플루토늄은 원자력 발전을 하고 난 뒤에 나오는 부산물이다. 이것으로 핵폭탄을 만들 수 있다. 이 부분이 문제가 된다. 기존 우라늄 238이 중성자를 흡수하면 우라늄 239가 된다. 이것이 반감기인 23분을 지나면 넵튜니엄이 되고 다시 반감기인 2.3일이 지나면 바로 플루토늄이 되므로 핵발전의 부산물이라고 할 수 있다. 이 플루토튬은 다시 발전에 사용하거나 핵폭탄으로 만들어 질 수 있다. 그렇기 때문에 대중들이 이 플루토늄에 대한 걱정을 하게 된다. 현재 프랑스는 플루토늄을 이용해 다시 발전을 하고 있다. 이것을 FAST BREEDER REACTORS라고 한다. 이 부분에 대해서 전문가의 의견은 두개로 나뉜다. 먼저 플루토늄 재 사용을 찬성하는 쪽의 근거는 어차피 플루토늄을 이용한 핵폭탄 제조가 매우 어렵기 때문에 전문적인 기술을 가지지 않는 한 제조가 불가능하다. 또 남은 플루토늄을 재 사용하기 때문에 우라늄의 이용효율을 60배 정도 높일 수 있다. 하지만 반대측의 의견도 만만치 않다. 플루토늄을 일단 더 만든다는 것은 폭발할 위험을 높이는 것이고 또 이를 이용해 핵폭탄을 만들 수 있는 가능성이 남아있기 때문이다. 미래의 대통령들은 이를 잘 이해해 어떤 선택이 더 좋을 지 판단할 수 있어야 한다. <하지만 앞서 말한 안전한 제어에도 불구 하고 ,원자력 발전에 대한 찬반이론이 존재하는데, 첫째로 그것은 플루토늄에 관한 것이고 미래의 대통령은 이 내용들을 잘 이해해 올바른 판단과 선택을 할수 있어야 한다는 것입니다. 자세한 내용은 위를 참조하시면됩니다.>

10 Pebble Bed Reator (자갈밭 원자로)
1. Nuclear Power Pebble Bed Reator (자갈밭 원자로) -안전성 : 핵연료 융용사고가 나지 않음 -경제성 : 각종 안전설비가 필요 없음 최근 제4세대 원전으로 Pebble Bed Reator(자갈밭 원자로)가 각광 받고 있다. 제4새대 원자로는 안전성과 경제성이 획기적으로 개선된 원자로인데, 이 PBR은 고유 안전성이 뛰어나다. 이 원전은 절대 핵연료 용융사고가 나지 않는다. 야구공 정도 크기의 구형 핵연료는 탄소로 코팅되어 있으며 핵연료 최대 온도는 화씨 2,900도를 넘지 않는다. 이 온도는 핵연료 용융점보다 650도 낮은 온도이다. 또한 경제성도 좋다. 경수로에 필요한 각종 안전설비가 여기에는 필요없기 때문이다. 또한 운전중 계속해서 핵연료를 교체할수 있어 핵연료 재장전을 위해 발전소를 정지시킬 필요가 없으며, 모듈형 설계라서 건설기간도 매우 짧다. <이러한 원전사고들로 인해 더욱 안전하고 경제적인 원자로 개발이 이루어 지고 있는데, 그중 하나인 Pebble Bed Reator(자갈밭원자로)에 대한 설명입니다. >

11 2. Nuclear Waste Yucca Mountain
이러한 장점이 있기에 우리는 어쩔수 없이 핵발전을 이용할 수 밖에 없다고 생각합니다. 핵발전 이용에 가장 중요한 부분은 핵폐기물 처리와 핵폐기물의 위험성 유무라고 생각합니다. 그렇다면 먼저 핵폐기물 처리에 대해 언급하겠습니다. 현재 핵폐기물을 요카산에 묻어 버리는 방식으로 처리하고 있습니다. 그런데 이미 요카산에 핵폐기물의 수용량이 꽉 찼습니다. 또한 요카산은 지난 10년동안 2.5진도 이상의 지진이 600회 이상이 일어날 정도로 불안정한 위치입니다. 이런 핵폐기물 처리의 문제점을 2가지 대안으로 해결하자는 의견이 있습니다. 그것은 우주선에 싣고 태양에 쏘는 방법과 바다에 묻는 방법이 있습니다. 이런 방법을 이용한다면 핵폐기물 처리에 대한 한계점을 해소할 수 있다고 판단됩니다.

12 2. Nuclear Waste 핵폐기물의 위험성 그렇다면 핵폐기물의 위험성은 어떨까요?
현재 매장된 우라늄이 위험한 방사레벨에 도달하는데 약 1만년 걸립니다. 1만년이란 시간은 굉장히 긴 시간입니다. 지금으로부터 1만년 전은 구석기 중기로 PPT그림을 보면 현재로 상상이 불가능한 사회입니다. 또한 1만년 동안 완벽한 안전을 보장할 필요는 없습니다. 그 이유는 3000년 후에 핵분열 파편의 방사능은 1/10로 줄어들고 이것의 1%의 누출 용납가능한다고 생각하여도 1만년 간의 안전성은 보장이 된다고 할 수 있습니다. 이처럼 핵폐기물의 위험성은 거의 없고 무시할 수 있다고 판단됩니다.

13 2. Nuclear Waste

14 3. Controlled Fusion 핵융합 Controlled Fusion -핵 발전의 궁극적 목표 -파괴적인 방출 에너지
-물을 원료로 사용 왜 사람들은 핵융합에 주목할까요? 핵융합은 핵발전의 궁극적인 목표라고 할 수 있습니다. 이유는 물을 원료로 쓰기 때문에 그 입력원이 무한하고 방출에너지가 매우 크기 때문에 영원히 쓸 수 있는 에너지로 주목받기 때문입니다. 핵융합이란 수소 원자핵들이 모여 헬륨을 형성하려는 반응입니다. (수소의 원자번호는 1, 헬륨은 2, 즉 수소 두 개가 합쳐져서 헬륨을 형성하려고 함) 여기서 수소는 물에서 화학적으로 추출합니다. 물론 수소폭탄에 쓰는 수소 등은 이러한 일반적인 수소가 아닌 수소도 있습니다. 이는 뒤의 수소폭탄에서 설명하겠습니다. 태양 빛을 내는 반응도 바로 이 핵융합을 통해 일어나는 반응입니다. 사람들은 최대한 효율이 높은 에너지를 찾으려고 하지만 핵융합의 경우는 오히려 방출에너지가 사람이 쉽게 제어할 수 없을만큼 커서 파괴력을 지니고 있습니다. 따라서 수소 폭탄 등에 사용하기도 합니다. 이러한 파괴적인 반응을 제어해야 사람이 사용할 수 있습니다. 따라서 CTF(Controlled Thermunuclear Fusion)라는 기술이 개발 중에 있습니다. 이는 말그대로 파괴적인 융합반응을 제어하는 것이며 핵분열의 경우 이미 제어 기술 개발이 성공하였습니다. 그래서 사람들은 핵융합반응제어에도 박차를 가하고 있습니다. Controlled Fusion -핵융합의 파괴적인 성질 제어

15 2 types of special hydrogen
3. Controlled Fusion 2 types of special hydrogen ① Deuterium ② Tritium *물로부터 추출 거의 불가 *핵반응로에서 리튬과 중성자의 충돌에서 발생 *물로부터 추출 가능 *1 gallon의 바닷물=200gallon의 가솔린 앞서 핵융합반응은 수소폭탄에 쓰인다고 하였는데 수소폭탄의 경우 수소중 특수한 수소인 deuterium과 tritium이 사용됩니다. Deuterium의 경우 일반적인 수소에 중성자 1개가 추가 되어 있는 형태이며 물에서 추출할 수 있습니다. 이를 이용하면 바닷물 1갤런으로 가솔린 200갤런에 상당하는 에너지를 발생시킬 수 있습니다. Tritium의 경우 2개의 추가적인 중성자가 있는 형태이며 핵반응로에서 Lithium이나 Boron을 중성자와 충돌시킴으로써 얻습니다. 1 GW를 생성하는데 매년 200파운드의 DT(Deuterium + tritium)만이 필요합니다.

16 Problems to be feasible CTF
3. Controlled Fusion Problems to be feasible CTF -두 개의 수소 원자핵간 척력 발생 Tokamak Laser Fusion Cold Fusion Fusion의 문제는 두개의 수소 원자핵이 같은 전하를 띔으로 인해 발생하는 척력입니다. 따라서 수소가스를 매우 저밀도로 만들어서 온도는 높아도 압력이 낮아 컨테이너가 안전하도록 하는 tokamak, 폭발반응을 작게만드는 laser fusion, 수소를 낮은 온도로 유지하지만 저항성을 제거하는 cold fusion이 그 해결책으로 연구가 진행되고 있습니다.

17 3. Controlled Fusion 자기장을 변화시켜 Deuterium과 Tritium 가열 Tokamak는 tritium을 소비하는 것 보다 더 많은 tritium을 생성할 수 있다. Tokamak Deuterium과 Tritium의 핵융합 반응 시작  Helium과 Neutron 만듬 에너지를 Lithium이 흡수하고 이 열을 발전에 이용 Neutron은 Lithium의 원자핵에 작용하여 새로운 tritium 형성

18 3. Controlled Fusion Laser Fusion
그림과 같이 중수소와 삼중수소가 들어 있는 연료탄환을 가열하여 압축함으로써 핵융합을 일으키는 것입니다. 이러한 가열 및 압축을 일으키기 위해 레이저가 사용되는 것을 laser fusion이라고 합니다. 그림과 같이 매우 작은 크기의 연료 탄환의 외벽에 레이저를 쏘면, 외벽이 증발함으로써 생기는 반작용에 의해 내부의 물질들이 중심부로 가속되면서 압축되어 밀도가 1kg/cm3이 되는데 이는 무려 납의 100배의 밀도가 됩니다. 이때 추가적으로 충격파가 더해지고 더욱 가속되면 핵융합 반응이 일어나게 됩니다. 이러한 작용이 작은 알갱이가 모두 융합할 때까지 반응이 일어나게 되는데, 이 연료탄환은 수십 mg밖에 안되지만 1배럴의 기름을 태울 때와 같은 에너지가 방출됩니다. NIF는 미국의 Lawrence Livermore National Laboratory를 기반으로 미 에너지부의 승인아래 추진된 풋볼경기장 3개 만한 크기에 192개의 거대한 레이저가 설치되 있는 세계최대규모의 레이저 핵융합 연구소입니다. 2009년 3월부터 실제 운용에 들어갔으며, 2백만 줄의 에너지를 단 10억분에 1초에 쏠 수 있는 레이저가 있습니다. 192개의 레이저가 연필 뒤에 달린 지우개만한 원통에 쏘이면 안의 연료탄환에 쏘이면서 온도가 높아지고 압력이 높아져 핵융합반응이 일어나게 됩니다. Target chamber는 반응이 일어나는 곳이며 그림과 같은 모습을 하고 있습니다. NIF는 전력생산을 목적에 두기도 하지만 주 목적은 수소폭탄의 피해로 부터 군용물품의 테스트와 수소폭탄 개량에 있습니다.

19 3. Controlled Fusion Cold Fusion 뮤온 촉매 핵융합 반응 사이클
중수소(D)나 삼중수소(T) 분자 주위를 도는 전자를 음의 전하를 띠는 뮤온이라는 입자로 치환하면, 전기적 중성이라는 면에선 기존의 전자와 같지만 질량이 200배 가량 더 무겁기 때문에 핵간 거리는 질량비의 역수인 1/200로 줄어들게 되어 저온에서도 핵융합 반응을 일으킬 수 있는 것입니다. 뮤온은 핵융합 반응을 일으킨 뒤에도 다시 자유롭게 이 과정을 되풀이 하기에 뮤온 촉매 핵융합이라고도 합니다.

20 3. Controlled Fusion 잦은 뮤온의 반응을 촉매기능 상실 일으키지 않음
하지만 이 뮤온 촉매 핵융합은 실용적으로 쓸 수 있는 방법이 없었습니다. 왜냐면 종종 이 무거운 뮤온이 수소가 핵융합 되어 생긴 헬륨의 핵에 붙어 버리면 다시 나오지 못해 촉매로써의 기능을 상실하여 융합반응이 중단되기 때문입니다. 그리고 1989년에 두 화학자(Stanley Pons & Martin Fleischmann)는 팔라듐 촉매를 써서 cold fusion을 성공했다고 했지만, 그 발견은 데이터 분석의 오류로 밝혀진 사례가 있어 과학의 사기라고 까지 치부되던 상온 핵융합이지만, 2005년, UCLA 연구팀은 상온에서 수정을 이용해 핵융합 실험에 성공한 전례도 있고 2009년엔, 미국 버지니아주의 JWK사는 미국화학협회(ACS)에서 미 해군연구소와 공동으로 저에너지 핵반응(LENR)을 실시, 성공했다고 발표하기도 했습니다 년엔, 북한 노동신문 1면에 상온핵융합 실험에 성공했다고 발표하기도 한 여러 가지 사례를 볼 때, 상온 핵융합도 활발히 연구되는 분야라고 할 수 있습니다.