오늘은 원자력의 역사와 관련된 내용 보다, 이제까지의 역사의 흐름속에서 원자력 재료 공학이 어디로 나아가야 하는지를 말씀드리겠습니다.

우선 원자력 공학이란 말 그대로 “원자의 특성을 이용하여 에너지를 이용하는 학문”이고, 다시 말하자면, 모든 공학에서 가장 기초과학과 맞닿아 있는 학문이라고 생각합니다.

모든 현상을 이루고 있는 원자와 이 거동의 특성은 역사상 거의 모든 과학자들의 주요한 초점 이었으며, 리처드 파인만의 표현을 빌리자면, “인류가 남겨야 할 가장 큰 과학적 유산”일 정도로 기초과학에서 매우 중요한 사항입니다.

따라서 제가 생각하는 실제적으로 의미 있는 원자력 공학과란 실시간으로 업데이트 되고 있는 원자의 거동과 그 특성을 원자력 발전 시스템에 반영 혹은 직접적으로 원자력 발전의 한계를 극복하는 연구를 하여, 더욱 높은 안전성과 효율을 가진 체계를 만드는 것이라고 생각합니다.

이런 맥락에서, 오늘 제가 말씀드릴 내용은 지금의 원자력 공학과 대학원생들이 장기적 초점을 가지고 연구해야 할 사항을 얘기하고 싶습니다. 구체적으로 아래와 같은 사항을 말씀드리고 싶습니다.

 1.     원자력 발전을 가능하게 하는 원자의 거동의 특징

A.    핵분열이 일어날 때 중성자가 2.5개 나옴 -> chain reaction 가능해짐

B.     Delayed 중성자가 나옴 -> control 가능해짐

2.     더욱 안전하고 경제성을 확보하기 위해 개선되어야 할 원자의 거동의 특성

A.    핵분열 결과 반감기가 긴 핵분열 물질 생성

B.     중성자의 에너지가 열에너지 영역으로 나왔을 때 우라늄 235의 핵분열이 촉발

C.     중성자의 에너지가 고에너지 영역으로 나왔을 때 우라늄 238의 핵분열이 촉발

위의 내용들은 사실 원자 자체의 특성입니다. 그렇게 때문에 지금의 과학적 기술로는 바꿀 수 없는 특징입니다. 하지만 이러한 내용들을 바꿀 수 만 있다면, 혁신적인 변화를 이끌어 낼 수 있는 사항입니다.

예를 들어 만일 핵분열 결과 중성자가 5개 정도로 나온다면, 어떨까요? 238 핵분열이 더 잘 일어 날 수 있겠죠. Delayed 중성자가 핵분열 직후 바로 나오는 중성자보다, 더 늦게 더 많이 나온다면, 더욱 안전하게 발전소 운영이 가능하겠죠

또한, 핵분열 결과로 인해 반감기가 짧은 핵분열 생성물만은 방출한다면, 장주기 저장소도 필요하지 않을 것입니다. 또한 중성자의 에너지 따른 우라늄과의 반응 확률을 수정할 수 있다면, 우라늄 235를 정제하지 않아도 충분히 발전 가능 하게 될 것 입니다.

하지만, 이러한 연구들은 아주 먼 미래에 가능 한 것이죠. 최소 몇 십년간, 몇 천의 박사학위 인력을 갈아 넣어야 하는 일이 될 수 도 있지만, 궁극적으로는 원자력 혹은 응용 물리학과가 가야할 길이라 오늘은 이렇게 글을 써보았습니다.