“트리튬은 유용한 인공 자원이다”
“트리튬은 유용한 인공 자원이다”
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  • 승인 2001.06.11 00:00
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정흥석 한국원자력연구소 책임연구원

우리나라는 현재 16기의 원자력발전소가 가동되고 있으며, 국내 소비 전력의 43%는 원자력발전으로 생산되고 있다.

원자력은 기술 집약적 에너지로, 연료비가 저렴해 발전원가 중에서 연료비가 차지하는 비중이 11%에 불과하며, LNG 화력의 84%와 비교해 볼 때 외화 절감효과가 매우 큰 에너지원임을 알 수 있다.

우리나라가 IMF 외환 위기와 고유가의 이중고를 몇 년 안 되는 짧은 시일에 극복하는데 있어서, 원자력의 공헌이 지대했음은 물론이다.

국제적으로도 원자력의 중요성은 최근 재조명되고 있다. 부시 미국 대통령은 미국이 1970년대의 석유 금수 조치 이래로, 현재 심각한 에너지 부족에 직면하고 있다고 경고하였다. 미국은 천연 가스 주력의 에너지 정책을 폐기하고 대신 에너지 공급원의 다양화를 모색하고 있다.

따라서 미국 에너지부 등 관계 당국은 원자력 발전의 활성화 및 비중 확대 등의 에너지 문제 해결 대책을 발표한 바 있다. 지금부터 20년 간, 미국은 새로운 발전소를 1,300 - 1,900개 건설해야 할 전망이다.

현재 미국의 원자력 발전소에서의 전기 공급량이 미국 전체 전기량의 20%인 점을 감안하면, 상당히 많은 원자력 발전소가 미국에 신규 건설될 것임을 알 수 있다.

우리나라는 현재 세계 7위권의 원자력 발전국가이나, 2010년에는 세계 원자력 5대강국에 진입할 수 있도록 원자력계는 노력하고 있다. 또한 원자력계는 국민이 안심하고 생활할 수 있도록 원자력 안전 운전과 방사성 폐기물 관리를 엄격하게 수행하고 있다.

원자력 발전소를 가동하면 방사성 폐기물이 생성되며 그 중에는 트리튬도 있다. 트리튬은 화학적 물성이 수소와 같으나 수소 핵에 중성자가 두개 더 포함된 수소의 동위원소이다.
지구상에서는 우주선과 공기가 반응하여 매년 수 MCi의 트리튬이 자연 발생되고 있다. 트리튬의 반감기는 12.3년으로, 축적된 트리튬의 5.5%는 매년 자연 소멸되어 방사능이 없는 헬륨(3He)으로 전환된다.

트리튬은 중수로형 원자력발전소의 중수가 중성자와 반응해 삼중수(tritiated heavy water)로 전환되면서 생성된다.
이 삼중수는 중수와 달리 베타 붕괴하는 유해 방사능 물질이다. 그런데 이 삼중수는 중수와 물리화학적 물성치가 흡사하다.

한편, 중수로 내에 삼중수는 극미량인 10ppm 정도 존재하므로 트리튬의 분리제거는 쉽지 않다. 트리튬은 촉매 공정과 초저온 증류 공정을 통해 분리되며, 분리된 고농도 트리튬은 다공성 금속에 흡장되어 안전하게 저장된다.

트리튬은 티타늄 Ti, 지르코늄 Zr 또는 우라늄 U 등의 금속과 안정한 금속 수소화물을 형성한다. 수소화물을 형성하여 트리튬을 고정화하는 금속을 저장재라고 한다. 매우 흡장성이 높아 영구 저장재로 사용되는 Zr 및 Ti은 한 원자 당, 최대 두 개의 트리튬 원자를 흡장한다.
반면 탈착이 용이해 임시 저장재로 사용되는 U은 한 원자 당, 최대 세 개의 트리튬 원자를 흡장한다. 일단 트리튬이 금속과 반응해 흡장되면, 수백도 ℃ 이상으로 가열하기 전에는 금속에서 빠져 나오지 않는다. 트리튬은 이와 같은 방법으로 안전하게 보관 취급된다.

과학적으로 볼 때, 트리튬은 자연상태에서 전자를 방출하는 신비한 물질이다. 베타 붕괴를 하는 트리튬은 방사성 폐기물인 동시에 매우 유용한 인공 자원이기도 하다. 산업적으로 트리튬은 자발광체, 반도체 및 첨단 디스플레이 소자 등의 다양한 용도로 사용된다. 또한 의학적으로는 방사성 표지 핵종으로 임상 검사와 의학 연구에 이용된다. 뿐만 아니라 트리튬은 핵 전지 미세 전원으로 사용되기도 한다.

한편, 트리튬은 핵융합 반응의 필수 원료이기도 하다. 연간 약 150kg의 트리튬으로 1,000MW급 원자력 발전을 할 수 있다. 과학자들은 트리튬을 원료로 한 핵융합 발전이 금세기 이내에 개발될 것으로 보고 있으며, 이로 인해 인류는 풍부한 청정에너지의 혜택을 누릴 것으로 예상된다.

즉, 장기적으로 볼 때, 트리튬은 국가 전원 공급에 궁극적인 기여를 하고, 중기적으로는 IT, BT 및 NT의 첨단 산업 분야에 필수 신소재로 기여할 것으로 전망된다. 따라서 한국원자력연구소는 과학기술부의 지원을 받아 원자력발전소의 안전 운전은 물론, 방사성 폐기물을 자원화하여 첨단 산업기술을 창출할 수 있도록 원자력연구개발사업을 수행하고 있다.

 


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