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석탄이나원유와같은화석연료이외에에너지원으로널리사용되고있는것이원자핵에너지이다.원자핵에너지는무엇이며,어떻게에너지를만드는것일까?원자는원자핵안에+전하를가진양성자와,전하를갖지않으면서질량은양성자와거의같은중성자로이루어져있다.그런데산소나철과같은대부분의원소는원자핵이안정하여쉽게변하지않는다.하지만어떤원자의원자핵은불안정해서스스로다른원자핵으로변하는핵분열을하는데,이때방사선이방출된다.이와같이자연상태에서방사선을방출하는원소를자연방사성원소라고하며,이러한원소가일정한비율이상으로들어있는물질을방사성물질이라고한다.그러면이러한방사성물질은어디에그리고어떻게이용되고있을까?원자력발전이방사성물질의성질을이용한대표적인예이다.원자력발전은방사성원소의핵이분열할때나오는에너지를이용하여열과전기를얻는방법이다.핵발전에사용되는연료는우라늄이다.자연계에있는우라늄가운데약99.3%가핵분열을일으키지않는U238이고,0.7%정도만이핵분열을일으키는U235이다.핵분열을위해U235에중성자를충돌시키면에너지와함께더많은중성자가발생되며,이때발생한중성자는다시근처의다른원자핵과충돌한다.이렇게핵분열이연쇄적으로일어나는것을연쇄반응이라고하며,핵이연쇄적으로분열되는과정에서막대한양의에너지가방출된다.핵분열에너지를이용하기위해서는핵분열이효과적으로일어나도록해야한다.U235의원자핵이분열할때에는빠른중성자가나온다.그런데중성자의속도가빠르면U235보다는U238의원자핵에더잘흡수되어핵분열이일어나기어려우므로빠른중성자의속도를느리게해주어야한다.중성자의속도를느리게하는데는물이가장효과적이다.따라서많은원자로에서는물을중성자의속도를느리게하는데이용하며,늘어나는중성자의수를조절하는제어봉에는카드뮴을주로사용한다.핵에너지는화석연료를대체할수있는좋은에너지원중하나이다.우라늄1g이완전히핵분열할때나오는에너지는약2,000L의원유나석탄3t을태울때나오는열과비슷한양이다.100kW급화력발전소에서1년동안전기를생산하기위해서는약220만t의석탄이필요한반면,원자력발전소에서는약20t의원전연료만있으면된다.또한,화력발전의경우에는석탄이타고나면석탄재와이산화탄소가발생하지만원자력발전은이산화탄소를배출하지않는다.하지만핵에너지를이용하는데는여러가지문제점도있다.핵분열을제어하는장치가작동하지않거나냉각수가없을때는반응로가녹아내릴가능성이있다.이러한사고를대비하여원자력발전설비는여러겹의안전장치를만들어놓고있다.환경오염의측면에서보면,원자력발전은대기와수질의오염이매우적은에너지이다.하지만원자력발전에서가장중요한걸림돌은원자력발전과정에서발생하는방사성폐기물의처리이다.원자력발전소에서연료로사용하고남은핵폐기물은인체와환경에치명적인피해를줄수있는강한방사선을방출한다.따라서핵폐기물을안전하게처리하기위해서는많은비용과노력이필요하다.이러한이유로원자력발전소를건설할때에는비용의30%이상을안전시설에투자하고있다.