공대상상

원자력발전은 친환경에너지로서 탄소중립을 달성하기 위한 에너지로 평가받으면서도, 방사성 때문에 끊임없는 저울질의 대상이죠. 위험성을 극복할 수만 있다면 이상적인 청정에너지라고 볼 수 있죠. 오늘은 이 말도 많고 탈도 많은 원자력 에너지, 그리고 원자핵공학과에 대해 알아보겠습니다!

1970년대까지만 해도 세계적으로 가장 높은 비중을 차지했던 에너지원은 석유였습니다. 하지만 아랍과 이스라엘 사이에서 벌어진 중동전쟁의 여파로 산유국들의 원유 수출이 중단되자 유가가 몇 달 사이에 4배 넘게 치솟는 석유 파동이 일어났죠. 이를 감당할 수 없었던 우리나라를 포함한 여러 국가들은 에너지원을 다양화하는 데 큰 노력을 기울였고, 이 과정에서 원자력 기술의 발전이 가속화되었습니다.

서울대학교 원자핵공학과의 등장

대한민국에서는 1978년 고리 1호기를 시작으로 현재 약 20기의 원자력 발전소가 운전 중이며, 우리가 사용하는 에너지의 약 30%는 원자력으로 발전한 에너지입니다. 총 발전량의 4분의 1 이상을 차지하는 만큼 해당 분야의 연구도 굉장히 중요한데요, 원자핵공학과는 이처럼 원자의 핵과 연관된 발전 기술의 원리부터 생산 공정, 처리까지 다양한 관점에서 원자력을 연구하는 학과입니다.

그림1. 2022 대한민국 발전설비별 발전량 비중

원자핵공학과의 연구 분야

서울대학교 원자핵공학과의 연구 분야는 다음과 같은 3가지로 나누어집니다.

1. 원자력 시스템 공학

우라늄(U)과 같이 크고 무거운 원자의 핵이 더 가벼운 원소로 쪼개지게 되면 에너지와 중성자를 방출합니다. 이 과정을 핵분열이라고 하는데, 한 번의 핵분열에서 방출되는 에너지는 약 200MeV¹ 로 탄소의 연소에서 발생하는 에너지의 약 5000만 배에 달합니다. 이렇게 높은 에너지를 어떻게 잘 관리하여 생산, 이용할 수 있을지 연구하는 분야가 원자력 시스템 공학입니다.

¹ 전자볼트(eV)는 에너지의 단위로 전자 1개가 1V 전위를 거슬러 올라갈 때 드는 일을 1eV로 정의한다. 1eV는 약 1.6J이다.

2. 핵융합 및 플라즈마 공학

원자에서 전자는 전자기력에 의해 원자핵에 구속되어 있습니다. 여기에 충분히 큰 에너지를 가하면 전자가 떨어져 나와 양전하를 띠는, 원자핵이 홀로 존재하는 플라즈마 상태가 됩니다. 이러한 플라즈마 상태에서 수소처럼 가벼운 원자핵들이 결합하여 무거운 원자핵으로 변하면서 에너지를 발생시킵니다. 이러한 과정을 핵융합 발전이라고 하는데, 태양이 빛과 열을 내는 것도 바로 이 핵융합 덕분이지요. 핵융합은 에너지를 생성하는 과정에서 탄소를 발생시키지 않는다는 점에서 청정에너지로도 주목을 받고 있습니다.

3. 방사선 공학

방사선은 의료 영상 및 치료 분야 뿐 아니라 보안 검색, 핵물질 탐색 등 우리가 생각하는 것보다 훨씬 많은 산업 분야에서 사용되고 있어요. 방사선 공학에서는 방사선을 발생시키고, 계측하여 이용하는 전과정을 다룹니다. 이 과정에서 사용되는 알고리즘 등의 소프트웨어를 개발하는 것부터 응용 기기와 같은 하드웨어까지 다양한 관점에서 방사선을 연구하죠.

원자핵공학과가 궁금해요!

그림 2. 원자핵공학과 전공 로드맵

Q. 원자핵공학과에서는 무엇을 배우나요?: A. 원자핵공학과의 전공 강의들은 원자력, 플라즈마 및 핵융합, 방사선, 핵재료 이렇게 4개의 그룹으로 나눌 수 있어요. 앞의 세 그룹은 위에서 설명한 연구 분야에 대응되는데, 핵재료 분야는 그렇지 않아 궁금하실 거예요. 커다란 원자력 발전 시스템에 포함된 부품과 소재들이 핵재료에 해당되는데, 이 역시 원자핵공학과에서 필수로 공부해야 하는 영역입니다. 또 원자력이 에너지 산업의 뜨거운 감자인 만큼 전공 선택 과목으로 에너지 정책 및 경제 강의가 있는 것도 특징이죠.

Q. 원자핵공학과만의 특별한 학부 행사에는 무엇이 있나요?: A. 원자핵공학과의 대표적인 연례행사로 현장견학이 있는데요, 2022년에는 학과 단체로 한국 핵융합에너지 연구원에 위치한 K-STAR 연구시설과 한전원자력연료 핵연료 제조공장을 방문했습니다. 사진으로만 보던 원자력 발전의 규모를 실감할 수 있는 기회이죠. 이 뿐만 아니라 매년 개최되는 OpenLab 행사에서는 원자핵공학과 교수님들의 특강과 실험실 탐방을 통해 세부 분야에 대한 이해도 넓힐 수 있습니다.

그림 3. 2022학년도 원자핵공학과 현장견학 행사

Q. 원자핵공학과 졸업 후 진로가 궁금합니다.: A. 원자핵공학과를 졸업하면 한국전력공사, 한전원자력연료, 한국전력기술과 같이 에너지 산업으로 진출할 수 있습니다. 또 원자력 에너지가 정밀한 관리가 필요한 에너지인 만큼 한국원자력안전기술원과 한국원자력통제기술원처럼 에너지를 관리, 감독하는 기관으로도 취업할 수 있어요. 이 외에도 큰 규모의 에너지를 다루거나 방사선의 특징을 유용하게 사용할 수 있는 곳이라면 원자핵공학과 졸업생들의 도움이 많이 필요하답니다.

아주 작은 원자의 핵을 이용하여 엄청난 규모의 에너지를 만들어낸다는 점에서 원자핵공학은 매우 매력적인 학문입니다. 원자핵공학의 최종 목표가 혁신적인 에너지원 개발을 통한 인류의 삶의 질 증진인 만큼 공학적인 연구 뿐만 아니라 관련된 다양한 관점을 접해보는 것도 매우 중요하다고 하는데요, 에너지 고갈이라는 세계적인 문제를 해결해보고 싶으신 분들이 계시다면 원자핵공학과에 도전해보는 것을 추천 드립니다!