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[NIE 교과서 속 이야기 신문에도 있네요] 중학교 과학2(천재교육) Ⅱ. 물질의 구성 (2) 물질의 구성 입자

원자력 발전은 뜨거운 감자다. 우리나라 전력의 34%를 공급하는 동시에 방사능 유출, 핵 폐기물과 같은 치명적인 위험요소를 안고 있기 때문이다. 전문가들은 그러나 “삶의 질을 높이는 방향으로 원자력을 사용하고, 원전 사고나 핵 무기화 등 위험요인을 막는 노력이 필요하다”고 말한다. 내년 3월 서울에서 열리는 제2차 핵안보정상회의에서 논의하는 내용도 이와 다르지 않다. 중학교 과학 교과서에는 원자와 핵에 대한 개념들이 정리돼 있다. 원자력을 다룬 신문 기사와 연계해 발전 원리 등에 대해 알아볼 수 있다.

지난달 23일 대전엑스포과학공원 전기에너지관에서 김정원양(서울 대일외고 3·오른쪽)과 한국원자력통제기술원 윤완기 센터장이 원자력 발전에 대한 이야기를 나누고 있다. [사진=황정옥 기자]


올겨울 본격적인 추위를 앞두고 전력 수급에 관심이 높다. 지난 9월 15일 순환정전 사태를 겪은 탓에 혹독한 추위가 예고된 이번 겨울 자칫 대규모 정전사태라도 발생하는 건 아닌지 불안한 것이다. 상황도 좋지 않다. 지식경제부 자료에 따르면 내년 1월 둘째·셋째 주 예비전력이 53만㎾까지 떨어질 것이란 전망도 있다. 이는 사실상의 블랙아웃(blackout·동시 대규모 정전)을 의미하는 수치다.

해결책으로 떠오른 게 원자력 발전이다. 자원 빈국이면서 지속적인 경제개발이 요구되는 국내 현실을 감안할 때 원자력은 가장 현실적인 대안이다. 이산화탄소 발생량도 적고 발전 단가도 저렴하다. 하지만 후쿠시마 원전 사고 등으로 원자력 발전에 대한 비판적 시각도 있다. 단 한 번의 사고로 방사능이 유출되면 인간 생존에 치명적인 위협이 가해지기 때문이다. 국제사회에서는 원자력 발전이 테러리스트들에 의한 원전 테러로 이어질 수 있다며 경각심을 촉구하기도 한다.

김정원(서울 대일외고 3)양은 “토론대회에 나가면 빠지지 않는 주제가 ‘원자력’이다”며 “‘양날의 칼’ 같은 원자력을 어떻게 활용하는 게 바람직한지 제대로 알고 싶다”고 말했다. 지난달 23일 김양은 대전엑스포과학공원 내 전기에너지관에서 한국원자력통제기술원 윤완기 센터장을 만나 원자력에 대한 궁금증을 풀었다.

원자력은 차선책 … 안전하고 깨끗한 에너지원 찾아야

“‘원자력 발전을 계속해야 하나’는 토론시간마다 등장하는 단골 주제입니다. 현실적으로 필요하긴 한데 너무 위험해 찬성과 반대 중 뭐가 옳은지 모르겠어요.” 김양의 말이다. 윤 센터장은 “어느 나라나 궁극적으로 원하는 에너지원은 이산화탄소 배출량도 적고 안전한 청정에너지”라며 “현재의 원자력은 지구온난화를 일으키는 화석에너지에서 청정에너지로 가는 과도기에 우리가 선택할 수 있는 차선책”이라고 답했다.

원자력의 뒤를 이을 차세대 청정에너지로는 어떤 것들이 있을까? 윤 원장은 전기에너지관 내에 전시돼 있는 다양한 에너지원들에 대해 설명해줬다. “많은 사람이 신재생에너지, 수력, 조력, 풍력을 청정에너지로 꼽는다”며 “여기에도 문제점은 있다”고 지적했다. 수력발전은 댐 건설에 따른 대규모 환경파괴가 불가피하다. 파도를 이용한 조력발전은 국내에 적절한 입지를 찾기가 쉽지 않다. 태양광이나 신재생에너지는 원자력 발전에 비해 발전 단가가 높다. 태양광의 발전 단가는 ㎾당 120원이다. 원자력 발전은 40원밖에 안 들어 3배가량 싸다.

윤 센터장은 핵융합로 모형 앞에 서더니 “핵융합 발전에 대해 들어봤느냐?”고 물었다. 김양이 어리둥절한 표정을 짓자, 윤 센터장은 “핵융합은 가벼운 원자핵들이 높은 온도에서 충돌해 뭉치는 반응을 말하는데 이 과정에서 거대한 에너지가 발생한다”고 설명했다. 원자력 발전은 원자로 안에서 핵이 분열하면서 발생된 열에너지로 물을 끓여 터빈을 돌려 전기를 발생시키는 방식이라 핵융합과 다르다. 그는 “핵융합의 원료는 수소인데 바닷물에서 무한하게 공급받을 수 있고 화석연료나 우라늄과 달리 공해나 핵폐기물이 전혀 남지 않는 최상의 발전 방식”이라고 설명했다.

김양은 “바닷물을 퍼다 전기 만들고 폐기물도 없다면 정말 꿈의 에너지”라며 “언제쯤 현실화될 수 있느냐”고 물었다. 윤 센터장은 “원자핵이 융합하려면 태양 표면과 같은 섭씨 1억도 이상을 견딜 원자로를 만들어야 하는데 아직은 요원한 일”이라고 답했다.

원자력 포기보다는 안전성 강화가 우선

전기에너지관 내에는 원자력체험관이 따로 자리하고 있었다. 원자력의 개념과 역사에 대해 일목요연하게 정리돼 있었다. 이를 훑어본 김양은 “완벽한 에너지원이 아직 없다는 이유만으로 원자력을 사용할 수밖에 없다는 주장은 설득력이 부족한 것 같다”며 고개를 갸웃거렸다. 독일과 같은 선진국에서 원자력 포기를 선언한 사실도 언급하며 “현실적으로 어쩔 수 없으니 핵 폐기물 등 치명적인 위험을 떠안아야 한다는 의미냐”고 재차 물었다.

윤 센터장은 “결론부터 말하면 원자력 포기보다는 원자력 안전 강화가 우선”이라고 말했다. 한스 블릭스 전 국제원자력기구(IAEA) 사무총장의 이야기도 들려줬다. “한스 블릭스는 ‘당장 세계를 위협하는 건 지구온난화’라고 말했다”며 “원자력을 사용하되 안전성을 강화하는 방식으로 방향을 잡는 편이 지구온난화의 재앙도 막고 핵 사고가 불러일으킬 위험에서도 빠져나올 수 있는 길”이라고 설명했다.

원자력 발전이 불러올 위험 중 가장 치명적인 건 뭘까? 윤 센터장은 “일본 후쿠시마 원전 사고 같은 천재지변은 인간이 손쓸 수 없는 부분이지만, 핵 테러나 핵 무기화는 제도와 시스템을 정비해 반드시 막아야 하는 일”이라고 말했다. 핵 무기화 시도에 대한 미국의 일화도 들려줬다. 1987년 미국에서 테러리스트가 우라늄과 플루토늄 등 핵물질을 확보했다고 가정하고 핵무기 제조 가능 여부를 검토했다. 결과는 3~5명의 물리·화학 전문가만 있으면 초보적인 수준의 핵무기를 만드는 데 문제가 없다는 것이었다. 윤 센터장은 “실제로 핵물질 탈취와 불법 거래 건수는 우리가 생각하는 것보다 훨씬 많다”며 “적발 건수만 1년에 300건에 달한다”고 말했다. 김양은 “핵물질이 테러리스트의 손에 들어갈 수 있다고 생각하니 소름이 끼친다”며 놀라워했다.

김양은 “값싼 에너지원이라는 것 외에 원자력의 긍정적인 효과에 대해 더 설명해달라”고 부탁했다. 윤 센터장은 “방사선이 X선 촬영이나 암치료에 사용돼 인간 삶의 질을 높여주고, 공업분야에서도 고가의 정밀기계를 검사하는 데 없어서는 안 될 역할을 하고 있다”고 말했다. 그는 “청소년들이 원자력의 긍정적인 부분에 대해서도 간과하지 말았으면 좋겠다”고 덧붙였다.

글=박형수 기자
사진=황정옥 기자

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실생활에 깊숙이 파고드는 과학 이슈

원자력은 전문적인 주제다. ‘왜 이런 이슈까지 알아야 하느냐’며 외면하는 독자들도 적지 않다. 그러나 UC버클리 리처드 뮬러 교수는 “지구온난화, 테러리즘, 원자력, 에너지 같은 주제들은 이미 우리 삶 깊숙이 들어와 있다”고 말한다. 과학에 관심이 있든 없든 자신의 삶을 현명하게 꾸려가기 위해서라도 이런 이슈들을 들여다봐야 한다는 것이다. 특히 에너지는 당면한 문제다. 심각해지는 전력난을 완화하기 위해 핵심 아이디어와 제도들을 발 빠르게 도입해 시행할 필요가 있다는 지적이 나온다. 원전 확대가 불가피한 선택인지, 아니면 신재생에너지 개발에 박차를 가하고 큰 폭의 전기료 인상을 감수할 것인지 등에 대한 고민은 이제 현실적인 문제다.

관계기사

2011년 11월 17일자 10면 2012 대한민국 리더십을 찾아서 ④원전정책, 자율·규제의 균형

2011년 11월 5일자 22면 원전 계속 지어야 할까요 … 당신이 대통령이라면

2011년 10월 31일자 14면 겨울철 블랙아웃 위기 ①스마트그리드가 답 ‘전력 구멍’ 급한데 … 원전 건설 10년 걸려

2011년 9월 24일자 30면 원전 확대는 불가피한 선택이다

원자력 안전이 곧 핵 안보

핵 안보라는 말은 낯설다. 국제사회의 현안으로 떠올랐지만 국내에서는 생소한 개념이다. 핵 안보는 핵 테러나 핵물질 탈취에 의해 벌어지는 위험을 막을 수 있는 제도나 시스템을 갖추는 일을 말한다. 핵 테러는 사실 어려운 일이 아니란 데 심각성이 있다. 테러범 입장에서 핵물질만 손에 넣는다면 가장 쉽고도 위협적인 형태의 테러를 자행할 수 있다. 실제로 핵물질 탈취와 불법 거래가 매년 300건 이상 발생하고 있다. 핵 테러를 가상이 아닌 실제적인 위협으로 인식해야 한다. 2002년 IAEA의 마크 궈즈데키 조사관은 “100여 개 국가가 방사능 물질을 제대로 관리하지 못하고 있으며, 일부 국가는 도난 여부도 모르는 형편”이라고 지적한 바 있다. 더러운 폭탄(더티밤·dirty bomb)이라 불리는 ‘가난한 자의 핵무기’도 핵 테러에 이용되는 무기 중 하나다. 우라늄·라듐 등 방사성 물질을 일반 폭탄과 함께 터뜨려 특정 지역을 방사능으로 오염시키는 무기다. 핵실험 피해자 기구인 다운윈더의 제이 트루먼 국장은 “이 폭탄이 실전에 사용된 적은 없으나 미 정부가 1958년 네바다에서 실험한 적이 있고, 한국전쟁 직후 미군이 군사분계선(DMZ) 근처에서 실험했다는 설도 있다”고 말했다.

관계기사

2011년 11월 28일자 8면 한스 블릭스 전 IAEA 사무총장

2011년 11월 20일자 6면 HEU 분실·도난 500건, 핵폭탄 원료 암거래는 현실

2011년 11월 20일자 6면 서울핵안보정상회의자문 맡은 오명 KAIST 이사장

2011년 10월 17일자 33면 핵무기여 잘 있거라

2002년 6월 12일자 12면 더러운 폭탄이란

이번 주 주제와 관련된 NIE 활동 이렇게

1. 원자력 발전의 양면성에 대해 조사한 뒤, 긍정적인 면과 부정적인 면을 나눠 표로 정리해 본다.



2. 아래 기사를 읽고 과학자가 갖춰야 할 윤리의식과 신념에 대해 자신의 생각을 논술해 본다.

(가) 2006년 1월 31일 오후 2시 그루지야 수도 트빌리시 교외의 글다니 시장. 러시아 상인 올레크 힌차고프가 낡은 4륜 구동차를 몰고 나타났다. 그의 코트 안주머니에는 아주 특별한 물건이 들어 있었다. 핵폭탄의 원료인 고농축우라늄 100g. 접선 장소에 나타난 사람은 그루지야 정부의 방사능물질 단속요원 아칠 파블레니시빌리였다. 옛 소련 지역에선 이 같은 사건이 심심찮게 일어난다. 1990년 초반 소련 해체와 함께 일자리를 잃게 된 러시아인 과학자들에 의해 외부로 유출된 핵물질들이 아직까지 핵의 암시장에 나돌고 있다.

(나) 국내 기업들이 보유한 차세대 디스플레이의 핵심 기술을 빼내 중국 기업에 넘긴 연구원들이 경찰에 붙잡혔다. 경기지방경찰청 산업기술유출수사대는 자기가 다니던 회사의 기업 비밀을 중국에 유출한 혐의로 삼성모바일디스플레이 책임연구원 이모씨와 LG디스플레이 연구원 김모씨를 1일 구속했다.

경찰 관계자는 “이씨는 지금보다 두 배 가까운 연봉을 받는 등 근무 여건이 좋다는 김씨의 말을 듣고 B사로 이직하려고 범행을 저질렀다”고 밝혔다. 이씨가 빼낸 기술은 삼성이 4년 동안 최고의 연구인력 30여 명을 투입한 차세대 핵심 기술이다. 개발비는 수천억원으로 추산되고 있다. 삼성 외에 LG와 일본의 샤프가 연간 수조원의 시장을 선점할 수 있는 이 기술을 먼저 확보하기 위해 경쟁하고 있다. LG디스플레이 연구원 김씨가 빼돌린 5.5세대 아몰레드 제조 기술은 현재 양산 중인 4.5세대에 비해 제조 원가를 절반 가까이 줄일 수 있는 것으로 유출한 자료에는 공정도와 제품 원가 등 내부 비밀이 들어 있었다.

<중앙일보 2011년 12월 2일자 14면 수천억 들어간 기술, 중국에 넘긴 연구원>

3. 아래 기사를 잘 읽고, 블랙 아웃을 막을 수 있는 실천 방법에 대해 아이디어를 짜본다.

전력은 우리 생활에 없어서는 안 되는 에너지원인 데다 만일 전국이 동시 정전되는 대규모 블랙 아웃이 되면 어떤 혼란이 올지 가늠하기 어렵다. 전력 공급이 수요를 못 따라가는 전력 생산 현실이 근본 문제다. 블랙 아웃을 막는 길을 두 가지다. 발전소를 더 지어 전력 공급을 늘리거나 전기 요금을 현실화해 소비를 줄이는 방안이다. 둘 다 필요하다. 물론 원자력 발전소를 더 짓기로 해도 당장 전기 공급이 되는 건 아니다. 2015년까지는 전력량이 늘어나기 어려운 게 현실이다. 더욱 중요한 건 국민의 절전의식과 전기요금 현실화로 수요를 줄이는 수밖에 없다.

<중앙일보 2011년 9월 24일자 30면 원전 확대는 불가피한 선택이다>
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박용한 연구위원 : park.yonghan@joongang.co.kr (02-751-5516)
‘북한의 급변사태와 안정화 전략’을 주제로 북한학 박사를 받았다. 국방연구원 안보전략연구센터ㆍ군사기획연구센터와 고려대학교 아세아문제연구소 북한연구센터에서 군사ㆍ안보ㆍ북한을 연구했다. 2016년부터는 중앙일보에서 군사ㆍ안보 분야 취재를 한다.