[과·기·부] ‘K-원자력 전지’ 이제 우주로 간다!

[앵커]

어려운 과학기사를 쉽게 풀어보는 '과학기사를 부탁해' 과·기·부 순섭니다.

'지구'라는 이름으로 활동 중인 과학커뮤니케이터 이은지 님과 함께합니다.

오늘은 어떤 과학 기사 가져오셨습니까?

[답변]

오늘은 미래 심우주 탐사에 필수적인 원자력 전지에 대한 내용을 준비했습니다.

최근 우리나라 자체 기술로 개발한 원자력 전지가 우주 환경에서 장기간 안정적인 성능을 유지하는 데 성공했는데요.

이는 미국과 러시아에 이어 세계에서 세 번째로 원자력 전지 개발에 성공한 사례입니다.

[앵커]

수력, 풍력처럼 원자력까지는 익숙하게 접해온 에너지원인데요.

원자력 전지는 생소하게 느껴집니다.

이전에도 활용이 됐던 장치인가요?

원자력 전지에 대한 설명 좀 해주시죠.

[답변]

원자력 전지는 방사성 동위원소가 붕괴하면서 방출하는 에너지를 전력으로 전환하는 장치입니다.

1961년 미국이 발사한 항법위성 트랜짓 4A에 탑재된 것을 시작으로 먼 우주로 가는 우주 탐사선이나 태양 전지를 쓰지 못하는 탐사선에 쓰이는 등 우주탐사 분야에서 활발하게 쓰여 왔습니다.

뿐만 아니라, 의료 분야에서도 사용하는데요.

몸 안에 넣어야 하는 인체삽입형 치료기기는 매번 꺼내어 충전할 수 없기 때문에 스스로 전력을 생산하는 원자력 전지가 유용합니다.

주로 방사성동위원소인 플루토늄과 프로메튬을 사용하는데요.

최소 수십 년 동안 안정적으로 전력을 생산해 교체 수술도 필요하지 않은 데다 우라늄의 핵분열 연쇄반응이 아닌 방사성동위원소의 자연적인 붕괴 현상에 의해 전력이 생산되고, 쉽게 방사선을 차폐할 수 있어 방사선 위험으로부터도 안전합니다.

[앵커]

그동안 우주탐사와 의료 분야에서 활용되어 왔군요.

그렇다면 이번에 우리나라가 원자력 전지 개발에 성공한 것은 어떤 의미가 있는 겁니까?

[답변]

원자력 전지는 국가전략기술이라 다른 나라와 공유되지 않기 때문에 자체 기술 개발에 의미가 있는데요.

경제적 가치만 봐도 2013년도에 약 2,256억 원으로 추산되어 지금은 더 높아졌을 것으로 보입니다.

또, 2032년에 예정된 달 착륙선에 탑재되면 달 표면에서 장기간 운용이 가능해지는 점에서 활용 가치도 높습니다.

달은 낮과 밤이 각각 14일 내내 이어지는데 태양 전지만으로는 영하 170도까지 내려가는 달의 밤을 견디기 어려워 탐사 기간을 2주 이상 잡기 어려운데요.

원자력 전지를 사용하면 이 기간을 늘릴 수가 있거든요.

원자력 전지는 외부 동력원 없이 내부에 포함된 방사성동위원소를 이용해 달의 밤을 견디는 데 필요한 열과 전력을 생산하기 때문인데요.

심지어 극한의 우주 환경에서도 안정적인 에너지 공급이 가능해 40년 정도 쓸 수 있기도 합니다.

앞으로는 화성 이상으로 멀리 가는 외행성 탐사선에 원자력 전지가 탑재될 예정이라 우주 강국으로서의 입지가 더 높아질 것 같습니다.

[앵커]

원자력 전지는 우주라는 극한의 환경 속에서도 안정적인 에너지를 공급할 수 있다는 장점이 있군요,

더 깊이 들어가 보자면 원자력 전지는 어떤 원리로 전력을 생산하는 건가요?

[답변]

아인슈타인의 특수상대성이론에 의하면 물체가 가지고 있는 질량은 그 질량에 광속의 제곱을 곱한 만큼의 에너지로 전환될 수 있습니다.

플루토늄-238이나 아메리슘-241 같은 원소는 자연적으로 붕괴하는 방사성동위원소로, 원소가 붕괴되면 질량이 줄어드는 이상한 현상이 나타납니다.

이때 줄어든 질량은 사라지는 것이 아니라 열에너지로 전환되는 것인데요.

원자력 전지 내부의 열전소자는 이렇게 전환된 열에너지를 전기로 바꾸어 전력을 생산해 냅니다.

질량에 곱해지는 빛의 속도는 1초에 약 3억m를 갈 정도로 큰 숫자이기 때문에 원자력을 이용하면 매우 적은 양의 방사성 물질로 오랜 시간 이용할 수 있는 많은 양의 전기를 생산할 수 있습니다.

즉, 우라늄 1g으로 석탄 3t에 해당하는 열에너지를 생산할 수 있는 겁니다.

[앵커]

우라늄, 플루토늄이라고 하면 핵무기를 만드는 재료이기도 하잖아요.

잘못 다루면 폭발이 일어날 수도 있는 위험한 원소인데, 전지로 활용해도 안전에 문제는 없을까요?

[답변]

원자력 전지는 로켓이 폭발해도 내부 물질이 외부로 노출되지 않도록 특수한 구조로 제작됩니다.

따라서 발사된 로켓이 추락하거나 폭발하더라도 방사성 물질이 흩어질 가능성은 매우 낮습니다.

그래도 혹시 모를 위험에 대비해 국제연합은 지구 궤도에서 방사성 물질을 사용하는 것을 금지하고 있는데요.

이번에 저궤도 위성인 누리호에 탑재되어 성능을 확인한 원자력 전지에도 실제 방사성동위원소는 싣지 못했습니다.

현재 우리나라는 2032년 계획 중인 대한민국 최초 달 착륙선에는 실제 방사성동위원소를 사용한 원자력 전지를 탑재할 계획인데요.

이번 원자력 전지를 시작으로 달 착륙을 넘어 심우주 탐사에서도 대한민국이 좋은 성과를 이루기를 기대합니다.