위키원
원자력공학
원자력공학(原子力工學, Nuclear Engineering)은 핵분열, 핵융합 등의 원자 에너지를 공학적으로 응용하거나 이용하는 것을 목적으로 한 공학으로 방사성동위원소의 이용도 포함된다. 원자력기술은 원자핵의 분열 또는 융합에서 생성되는 에너지를 발전, 추진, 난방 등에 사용하는 기술과 방사선을 의학, 공학, 농학, 기초연구 등에 사용하는 기술로 나뉜다.
개념 및 정의[편집]
원자력공학이란 원자핵(原子核)을 근원으로 하여 발생하는 에너지와 방사선(放射線)을 이용하여 인류에 공헌하는 전문 공학(工學, engineering) 학문이다. 원자력공학의 소분류 전문 기술 분야로는 원자로물리학(原子爐物理學, nuclear reactor physics), 원자력열수력학(原子力熱水力學, nuclear thermal hydraulics), 원자력재료공학(原子力材料工學, nuclear materials engineering), 원자력기계공학(原子力機械工學, nuclear mechanical engineering), 핵연료주기(核燃料週期, nuclear fuel cycle), 원자로계측제어(原子盧計測制御, reactor instrumentation and controls), 방사선공학(放射線工學, radiation engineering), 원자력안전(原子力安全, nuclear safety) 등이 있다.
원자력 기술은 그 사용 목적에 따라서 무공해의 깨끗한 에너지로 전기를 생산하고 또 방사선을 이용하여 여러 가지 질병을 진단하고 치료하는 등 인류의 삶에 커다란 기여를 할 수도 있지만, 한편으로는 핵폭탄에 의해 인류에게 큰 재앙을 가져올 수도 있다. 따라서 원자력 기술을 평화적으로 이용하여 안전한 미래의 에너지로 활용하는 것이 우리의 공통된 소망이며, 우리의 과제이다.
원자력공학의 이용은 오른쪽 그림에서 보여 주는 바와 같이 크게 원자력 에너지를 이용하는 기술 분야와 방사선을 이용하는 기술 분야로 나눌 수 있다. 원자력 에너지 기술은 전기를 만드는 발전이나 담수, 잠수함, 항공모함, 쇄빙선 등 선박의 동력에 이용된다. 또한 원자력 에너지 이외에 방사선을 이용하는 기술 분야는 매우 다양하며, 연구용 원자로와 가속기를 이용하는 방사선 생성장치, X선 촬영, 암 진단 및 치료 등 의학적 이용에 활용 된다. 또한 방사선계측, 방사선검출(radiation detect), 방사선동위원소(radio isotope) 추적자 이용, 라디오그래피(radiography), 방사선 가공처리 등 산업적으로 이용되며 농작물 품질 개량에도 활용된다.
세계 각국은 자원 확보 경쟁 속에 에너지의 안정적인 확보와 지구온난화(地球溫暖化) 문제로 세계 원전의 수요가 크게 증가되어 에너지 안보를 위한 원자력산업 육성을 추구하고 있다. 원자력발전사업은 타 산업의 발전과 국가 경제발전의 원동력이 되고 있으며, 급변하는 국제환경 속에서 지속적인 국가 발전을 이룩하기 위하여 원자력발전사업을 지속적으로 추진할 수밖에 없다. 앞으로 21세기에 예상되는 에너지 자원 문제, 지구환경 문제, 식량부족 문제 등을 해결할 수 있는 원자력공학은 인류의 미래이자 희망이다.
원자력공학의 기술 발전[편집]
원자력공학 기반기술 발전[편집]
모든 물질은 수소, 산소, 철, 금, 은, 우라늄 등과 같은 원소 하나 혹은 몇 가지 원소들의 합으로 구성된다. 1803년 영국의 존 돌턴(John Dalton)이 원소(element)를 쪼개고 또 쪼개어서 더 이상 쪼갤 수 없는 작은 입자를 원자(atom)라 명명하였다. 이는 물질의 최소 단위인 원자는 그 크기가 매우 작으며 그리스어 'atomos(아토모스)'로 분할 수 없다는 뜻에서 유래하였다. 원자핵의 모형은 1911년에 어니스트 러더퍼드(Ernest Rutherford, 1871~1937)에 의해서 제안되었으며, 1913년에 닐스 헨리크 데이비드 보어(Niels Henrik David Bohr, 1885~1962)가 원자의 구조를 발견하였다. 1932년에 제임스 채드윅(James Chadwick)이 양성자와 질량이 유사한 중성자를 발견함으로서 모든 원소의 원자핵은 양성자와 중성자로 구성되어 있다는 사실이 밝혀졌다. 그 이후 계속되는 연구로 원자의 구조가 알려졌으며, 원자는 원자핵과 원자핵에 구속되어 그 주위를 돌고 있는 궤도전자로 구성이 되어 있다.
방사선 기술은 1895년에 독일의 과학자 빌헬름 콘라드 뢴트겐(Wilhelm Conrad Röntgen)이 X선을 발견하여 1901년에 첫 노벨 물리학상을 받음으로써 시작되었다. 그는 실험실에서 진공 내의 음극선(陰極線) 방출에 관한 실험을 하던 도중에 음극관(陰極管)에서 빛이 방출되는 것을 발견하였는데 이 빛을 X선이라고 명명하였다. 이어서 1896년에 프랑스의 물리학자 앙투앙 앙리 베크렐(Antoine Henri Becquerel)이 우라늄에서 방사능을 발견하여 1903년에 노벨 물리학상을 받았다. 전자는 1897년에 조지프 존 톰슨(Joseph John Thompson), 알파와 베타선은 1899년에 어니스트 러더퍼드(Ernest Rutherford), 감마선은 1900년에 파울 울리히 빌라르(Paul Ulrich Villard)가 발견하였다.
프랑스의 물리학자 퀴리(Curie) 부부는 1898년에 라돈(Radon)과 폴로늄(Polonium)의 방사능을 발견하여 1903년에 노벨 물리학상을 받았다. 또한 방사능은 불안정한 원자가 알파선(α- ray), 베타선(β-rays), 감마선(γ- ray) 등을 방출하며 방사 붕괴를 한다는 것을 발견하였다. 폴란드의 장 프레더릭 졸리오 퀴리(Jean Frédéric Joliot-Curie)와 이렌 졸리오 퀴리(Irène Joliot Curie)는 자연계에 존재하지 않는 방사성동위원소를 인위적으로 생산하는 데 성공하였다. 이로서 물질을 이루는 기본요소인 원소를 인공적인 방법으로 만들 수 있게 되었다. 현재까지 알려진 바에 의하면 지구상에는 자연에 존재하는 92개의 원소를 포함하여 모두 107개의 원소가 존재한다.
이탈리아의 물리학자 엔리코 페르미(Enrico Fermi)는 중성자를 여러 가지 원자와 충돌시키는 실험을 수행한 결과 40여 종의 표적물질이 방사능을 띄게 된다는 사실을 발견하였다. 우라늄은 1789년 독일의 화학자 마르틴 하인리히 클라프로트(Martin Heinrich Klaproth)에 의해 발견되었으며, 독일의 화학자 오토 한(Otto Hahn)과 프리츠 슈트리스만(Fritz Strassmann)은 중성자를 우라늄에 충동시킬 때 우라늄보다 훨씬 가벼운 원소들이 생성되며, 막대한 에너지가 발생한다는 사실을 확인했다. 알버트 아인슈타인(Albert Einstein, 1879~1955)이 1905년에 발표한 상대성원리(相對性原理)에 의하면 어떤 물질의 질량이 에너지로 바뀔 때 그 물체의 질량(m)에 빛의 속도(c)를 곱해진 만큼의 막대한 에너지가 발생한다. 아인슈타인의 상대성이론(theory of relativity)은 원자력 에너지 이용의 근거가 되고 있으며, 극히 소량의 연료에서 엄청난 에너지를 얻을 수 있다는 것을 암시하고 있다.
원자력 에너지 기술 개발[편집]
1942년 12월 2일에 미국 시카고대학에서 CP-1(Chicago Pile No. 1)을 이용하여 지속적인 핵분열 연쇄반응을 입증하였다. 이 CP-1에는 천연 우라늄 산화물(UO2)을 흑연감속재, 공기 자연순환방식으로 영출력(zero power)을 달성하였다. 이를 통해 원자핵의 연쇄반응을 조절하여 원자력발전을 위한 원자로시스템 개발을 가능하게 하였다. 우라늄과 같은 원소의 원자핵에 중성자가 충돌하면 핵분열반응(核分裂反應)을 일으키고, 이 핵분열의 연쇄반응으로 엄청난 에너지가 발생된다. 하나의 예로, 우라늄 1㎏의 핵분열 시에 석탄 3000톤, 석유 9000드럼에 해당하는 에너지가 발생한다. 핵물리이론을 근간으로 지속 가능한 핵분열반응이 1932년부터 1942까지 10년 동안 입증되었다. 이로서 원자핵의 연쇄반응을 조절하는 원자로를 개발하여 원자력 에너지를 이용할 수 있게 되었다. 원자로에서 우라늄 연쇄 핵반응(連鎖核反應)에 의한 발생한 열을 동력장치에 이용하는 것이 원자력발전의 기본 개념이다. 그 이후 1942년부터 1951까지 9년 동안에 많은 원자로 기술 개발을 통하여 원자로를 이용하여 전기를 생산할 수 있는 원리를 입증 하였다.
1951년 12월에 미국의 아이다호 주에 있는 아르곤국립연구소에서 원자로 내 핵분열반응에서 발생하는 에너지로 물을 끓여서 수증기를 만들고, 그 수증기를 이용하여 발전을 하는 EBR-1 원자로를 개발하였다. 1953년에는 원자로를 잠수함의 엔진으로 개조하여 원자로를 노틸러스 잠수함의 동력장치로 이용하는 데 성공하였다. 지르코늄 합금(zirconium alloys) 핵연료, 감속재(減速材)와 냉각재(冷却材)로 물을 사용하는 원자로를 개발하여 15000hp의 원자력 잠수함 노틸러스(Nautilus)가 미국에서 건조(建造)되었다. 이 잠수함은 3.6㎏의 우라늄 연료로 9만 ㎞가 넘는 거리를 항해하였다. 원자력을 평화적으로 이용하기 위하여 1953년에 미국의 아젠하워 대통령은 “평화를 위한 원자력(Atom for Peace) 계획”을 제안하였고, 1957년에 국제 원자력 기구(IAEA: International Atomic Energy Agency)를 설립하였다. 이 기구의 설립 목적은 철저한 국제 감시 체계를 통하여 핵물질을 군사적으로 사용하지 않게 하고 원자력의 평화적 이용을 증진시키는 데 있다.
1954년 미국원자력위원회와 웨스팅하우스(Westinghouse)사가 평화적 목적으로 펜실베이니아 시핑포트(Shippingport)에 대용량(60MW) 원자력발전소를 건설하여 오늘날 상용 규모의 원전에 대한 검증을 하였다. 그리드에 전기를 공급하기 위한 대규모 원자력발전소는 1956년에 영국에서 가스로인 콜더홀 원자력발전소가 건설되어 전기를 생산하여 상용으로 공급하기 시작하였다. 그 후 1956년~1960초에는 드레스덴(Dresden), 페르미(Fermi), 마그녹스(Magnox)와 같은 제1세대 원자력발전소가 건설되었다. 이를 통해 미국에서는 원자력발전에 대한 전폭적인 정부의 지원 아래 웨스팅하우스(Westinghouse)사와 제너럴 일렉트로닉(General Electric)사가 원자로를 개발하여 전력 회사들이 원자력발전소를 본격적으로 건설하기 시작하였다.
1970년대의 1차/2차 석유파동으로 석유 생산과 공급의 불균형으로 에너지 공항이 야기된 이후에 두 번의 석유파동으로 원자력발전의 경제성이 크게 향상되었고, 이로 인하여 제2세대 원자로인 PWR, BWR, CANDU 등 원자력발전소 건설이 본격적으로 확대되었다. 세계 원전시장은 1960년~1970년대에 연평균 20기의 원자력발전소가 건설되어 호황을 누렸다. 그러나 불행하게도 1974년 미국의 TMI(Three Mile Island) 원자력발전소에서 원자로의 노심이 용융되는 중대 사고가 발생하여 미국에서 신규 원자력발전소 건설이 중단되고, 세계적으로 원자력발전산업이 크게 위축되었다.
또한 1986년에는 소련의 체르노빌(Chernobyl) 원자로에서 중대한 사고가 발생하여 세계 원전건설 사업이 침체되었다. 이러한 원전의 중대 사고로 인하여 원전의 안전성이 크게 부각되고 안전성이 향상된 원자로 개발에 많은 노력을 기울이게 되었다. 1990년대 이후에 현재 운전 중인 제3세대 원자로 System80+, AP600, CANDU6, OPR1000 등이 개발되었다. 또한 제3세대 원전의 경제성과 안전성을 더욱 향상시켜, 2015년도 이전에 상용화 가능한 제3세대 plus(+) 원자로인 EPR, AP1000, ABWR, APR1400 등을 개발하여 건설 중에 있다.
한국 원자력기술 개발[편집]
한국의 원자력 이용은 1956년 3월 9일(대통령령 제1140호)에 문교부에 원자력과를 설치함으로서 시작되었다. 그 후 원자력과는 원자력법 제정, IAEA 가입, 원자력원과 원자력연구소 설립, 연구용 원자로 도입, 인력양성, 예산확보 등 많은 일을 맡아 수행했다. 우리나라 원자력법은 1958년 3월에 발효되었으며, 같은 해 10월에 원자력원과 원자력연구소가 설립되었다. 초기의 연구소는 기초 연구, 원전의 기술·안전·경제성 조사, 원전 부지 확보, 인력양성과 방사성동위원소 및 방사선의 이용 확대 등의 업무를 수행하였다 최초의 연구용 원자로인 100 kW의 트리가 마크-II(TRIGA MARK-II)는 1959년에 건설을 착공하여 1962년 3월에 운영을 시작하였다. 원자력 전문 인력 양성을 위하여 1958년에 한양대학교, 1959년에 서울대학교에 원자력공학과가 설치되었다.
한국은 전쟁으로 인한 어려운 여건에서도 원자력 기술을 이용하기 위하여 1964년부터 원전 부지 선정 업무를 착수하여 여러 형태의 지질조사 및 기상을 조사한 결과, 고리(Go-ri)를 첫 원전 건설지로 최종 선정하였다. 당시 국내에 원전사업 인프라가 구축되어 있지 않았기 때문에 고리 1호기 건설은 외국의 공급자에게 설계, 제작, 건설, 시운전에 이르기까지 모든 권한과 책임을 맡기는 일괄도급(turnkey) 계약으로 추진되었다. 고리 1호기는 1971년 3월에 고리 현장에서 기공식을 가졌고, 1972년 5월에 건설허가를 획득하여 1978년에 상업 운전을 시작하였다. 그리고 고리 2호기와 월성 1호기도 일괄도급 계약에 의해 건설되었다.
1980년대 초부터 우리 정부의 국산화 정책과 원자력 기술자들의 사명감과 헌신적인 노력으로 원전의 주요 기기와 핵연료 국산화를 성공적으로 달성하였다. 원전표준화 사업을 영광 3, 4호기 건설사업과 병행 추진하여 1995년에는 95%의 원전 건설 기술 자립을 달성하게 되었다. 이로서 원전의 설계, 제조, 건설, 운전 및 보수 그리고 핵연료 설계/제조까지 전 분야에 걸쳐 원전 기술 자립을 이룩하게 되었다. 또한 원전을 안전하고 경제적으로 운영하며, 영광 3, 4호기 건설을 통하여 원전건설기술 자립을 달성하였다. 1987년 영광 3, 4호기 건설을 계기로 주요 기기의 제작 기술 국산화와 원전 건설 기술 자립에 박차를 가하여 OPR1000과 APR1400 원자로를 보유하게 되었다.
세계 어느 나라보다도 짧은 기간 동안에 괄목할만한 성장을 이루었으며, 여러 가지 측면에서 평화적 원자력 이용의 가장 성공적인 사례로 각광받고 있다. 한국형 원전은 지난 30년간의 지속적인 원전건설 및 운영을 바탕으로 세계적인 경쟁력을 확보하였으며, 2009년에는 UAE에 원전(APR1400) 최초 수출과 요르단에 연구용 원자로를 수출하는 쾌거를 이루었다. 우리나라가 안정적인 전력공급을 위하여 본격적인 원자력 발전 시대에 진입한 지 30년이 되었으며 원자력 발전량이 2조 kWh을 달성하였다. 현재 23기의 상업용 원전을 가동하여 세계 5위권의 원자력 발전국가로 성장하였다. 그 동안 원자력 발전은 화력 발전을 실질적으로 대체하는 안정적, 경제적, 환경 친화적 에너지원으로서 지속적인 국가경제 발전을 뒷받침하여 왔다.
중요성[편집]
원자력공학은 원자력을 에너지원으로 활용하거나 방사선을 활용하는 방법에 대한 학문이다.
대개의 원자력공학 전공자들은 굉장히 평화로운 목적을 위해 공부한 결과를 쓰게 된다. 원자력은 엄청난 에너지를 보유하고 있으므로, 원자력 발전을 실용화한 이후로 정말 말도 안 되는 저렴한 가격에 전기를 이용하고 있다. 값싼 전기 생산은 현대인들에 생활에 결코 빠질 수 없는 전력 활용에 큰 도움이 되고 있다. 일부 환경단체 등에서 주장하는 대안(代案)에너지로 원자력을 대신하는 것은 예산이나 기술적 문제 때문에 당장 대체하는 것이 현실적으로 불가능에 가깝다. 근래에 사용 중인 에너지 중에 가장 비용 대비 효율이 좋은 것이 원자력이기 때문이다.
의료계의 방사선 치료와 산업체에서 쓰이는 비파괴 검사 역시 방사선을 이용한 것이다.
물론 원자력이 인류에게 무조건 이로운 것만은 아니다. 위에는 원자력의 긍정적 사례들을 언급한 것이고 부정적 사례로 체르노빌 원자력 발전소 사고와 도호쿠 대지진으로 인한 후쿠시마 원자력 발전소 사고가 존재한다. 하지만 원자력 발전소가 지어져 있는 한 논란의 여지를 안고 있겠지만 그것을 유지, 보수, 가동 그리고 해체까지 할 기술자가 필요한 것은 당연한 일이다.
원자력이 평화로운 목적으로만 쓰이는 것은 아니다. 원자력의 파괴적인 사용으로 인류는 자신들을 공멸시킬 수 있는 ICBM과 수소폭탄 등 재래식 병기와는 차원을 달리하는 범 지구적 파괴무기를 수천 기 만들어냈으며, 이 수천기의 미사일들은 사일로, 혹은 잠수함 속에서 적국을 향해 겨누어진 채로 항시 대기하고 있다. 인류는 히로시마·나가사키 원자폭탄 투하라는 사건으로 인해 핵무기의 위험성을 이미 충분히 알고 있다.
만약 원자력 발전소가 없어진다고 하더라도, 방사능 분야 또한 원자력 공학도의 몫이다. 일반인들은 잘 모르지만, 원자력산업의 두 축을 이루는 발전/비발전 분야 중에서 규모는 비발전 분야가 더 크다. 영상의학과에서 운용하는(원래 문서에는 핵의학과라고 적혀 있었는데 CT는 영상의학과에서 운용하는 장비다. 핵의학과에서 사용하는건 PET 혹은 PET-CT.) CT 같은 방사선을 이용하는 특수한 장비들을 개발(운용은 방사선사들이 하는 거다.)하는 것도 다 원자력공학에서 하는거고, 그 외에도 비파괴 검사 같은 응용분야가 많기 때문. 이런 것들은 원전마냥 사고가 터지면 끝장나는 경우도 없기 때문에(고이아니아 방사능 유출사고 같은 케이스가 있긴 하지만.) 원전이 망해도 존속하게 될 것이다. 따라서 수요 자체는 꾸준한 상태가 유지될 것이다.
원자력공학 전공자들이 방사선에 노출되거나 위험한 것은 아니다. 이것은 해당 인물들이 원자로운전원이 될 때나 그렇고, 원자력발전소에 들어가는 새로운 재료를 개발하거나 원전을 설계하는 공학자는 굳이 위험한 환경에 노출되지 않는다.
원자력 에너지엔 핵분열 방식 외에도 수소 핵융합 방식이 연구되고 있다. 한국에서는 한국핵융합에너지연구원(KFE)를 통해, 전 세계적으론 아직 건설중인 국제 열핵융합 실험로(ITER)와 같이 핵융합 발전 연구에 예산이 투입되고 있으며 관련 기술이 발전하고 있다. 특히 핵융합 발전을 위해서는 고온 플라즈마에 대한 지식이 요구되는데 플라즈마 또한 원자력 공학과에서 담당하는 내용들이기도 하기에 미래는 유망하다고 볼 수 있다.
주요 연구 분야[편집]
원자로 물리 및 입자수송전산[편집]
핵반응과 중성자 수송이론을 기초로 하여 원자로 내의 중성자와 핵반응 산물의 Space-Energy-Time 분포해석과 계측, 원자로 동특성에 관한 교육과 연구를 하며 원자로 핵설계, 노심관리 및 방사선 수송과 차폐의 해석을 위한 방법을 개발, 전산코드화 하고 검증한다. 또한 방사선입자의 나노스케일 시스템에서의 수송현상 시뮬레이션 등도 포함한다.
원자력 열수력 및 안전[편집]
원자력 열수력학 (Nuclear Thermal-Hydraulics)과 원자로 안전 (Nuclear Reactor Safety)에 관한 교육과 관련 기초열수력 실험과 열수력 실증시험 연구와 함께 노심열설계 (Core Thermal Design) 및 안전성 분석 (Safety Analysis)을 위한 Computer Program의 소프트웨어 개발연구 등도 포함된다.
원자력 계측 제어 및 정보공학[편집]
원자력발전소의 안전 및 최적운전을 위한 교육과 연구로서, 원자력발전소와 관련된 공정계측 및 제어를 주로 다룬다. 또한, 안전관련 소프트웨어 확인검증문제, 디지털시스템 신뢰도 평가방법, 인간 기계 연계시스템의 설계 해석 및 안전운전을 위한 Simulation에 관한 Computer Program의 연구개발등도 포함한다.
원자력 환경공학 및 방사성 폐기물 관리[편집]
핵연료주기 (Nuclear Fuel Cycle), 방사성산물 관리 및 처분 (Radioactive Waste Treatment and Disposal), 처분장 안전성 평가, 사용후 핵연료 재처리 및 중간저장, 냉각재 화학 (Water Chemistry), 동위원소 분리등 핵화학공학 (Nuclear Chemical Engineering)및 방사선 관리와 보건 물리에 관한 교육과 연구 개발이 포함된다.
원자력 재료 및 금속공학[편집]
원자력 분야에 이용되는 제반재료의 내구성과 수명에 관련된 기초와 응용에 관한 교육과 연구를 한다. 핵연료 및 원자력발전소 구성요소의 제조가공, 시험평가와 신뢰도 향상에 대한 연구를 하며 핵분열과 핵융합반응을 효율적으로 유도하고 이용하기 위한 재료적인 연구와 함께 타 분야에로의 활용가능성을 모색한다.
방사선 계측 및 의료영상[편집]
엑스선, 감마선 등 전리 방사선에 대한 지식을 기반으로 방사선 방호 및 선량측정, 비파괴검사 및 보안검사, 의료진단 등에의 활용을 목표로 방사선 거동 전산 모사법, 센서 신재료, 방사선 영상 계측기 설계, 신호처리 전자회로 및 영상처리 알고리즘 등을 연구한다.
중성자 산란 및 나노스케일 물질[편집]
중성자 산란은 나노스케일 물질의 구조 및 동역학을 원자 및 나노단위에서 측정할 수 있는 독보적인 측정능력을 제공하며, 이를 이용하여 탄소나노튜브 및 나노입자의 자기조립 초구조체, 분자 자기조립 현상, 바이오계면과 단백질의 상호작용 등 나노/바이오 소재 기본특성과 응용을 연구한다.
양자빔 공학[편집]
입자빔과 광자빔을 발생 및 이용하는 교육 및 연구를 하며, 전자빔 및 양성자 빔과 같은 하전입자빔 발생장치, 입자가속기, 입자빔을 이용한 고휘도 X-선, 감마선, THz 등 광원개발, 양자빔을 나노기술, 재료, 환경, 생화학, 의료 등에 이용하는 연구 등을 다룬다.
원자력에너지 정책[편집]
각종 에너지 및 에너지 계통의 기술분석과 경제 및 환경적 측면을 포함한 종합적 에너지 기술분야로서, 각종 에너지계통 (Energy System)과 에너지전환 (Energy Conversion), 핵분열 에너지 (Fission Energy), 핵융합 에너지 (Fusion Energy) 및 태양열 에너지 (Solar Energy)등 대체 에너지와 에너지정책 (Energy Policy)등을 다룬다.
핵융합로 공학[편집]
미래의 궁극적 에너지원으로 예측되는 핵융합로에 관련된 기초이론, 공학적 문제 등을 종합적으로 다룬다. 핵융합 반응, 핵융합로 내의 플라즈마 및 에너지 균형, 핵융합로 시스템 연구, 방사선의 영향, 에너지 추출과 동력주기에 관한 연구 등 핵융합로 개발에 관련된 중요 공학적 문제에 대한 연구 및 교육이 포함된다.
커리큘럼[편집]
커리큘럼 구성은 원자력 발전, 방사선 운용, 플라즈마 핵융합 등으로 이루어져 있다.
기초과학[편집]
- 수학
- 공업수학
- 미적분학
- 선형대수학
- 미분방정식
- 수치해석
- 프로그래밍
- 물리학
- 일반물리학
- 물리화학
- 현대 물리학
역학[편집]
- 고전역학
- 열역학
- 유체역학
- 전자기학
원자로[편집]
- 원자력공학개론
- 원자로이론
- 원자로계통공학
- 원자로 안전공학
- 시스템 에너지 전달공학
- 원자력재료
플라즈마[편집]
- 플라즈마 기초
- 산업 플라즈마 공학
- 핵융합 기초
방사선[편집]
- 방사선 의과학
- 방사선 상호작용
- 방사선 계측
- 방사선공학
- 의학물리
원자력공학의 전망[편집]
원자력 에너지 기술의 전망[편집]
최근에는 지구온난화와 환경 문제로 인하여 원자력에 대한 관심은 더욱 커지고 있으며 원자력 에너지의 이용 확대가 예상되고 있다. 향후 원자력 이용 확대에 따라 주요 당면 과제로 원자력 이용에 수반되는 원전의 안전성 확보, 원자력 이해 증진, 신형 원자로 개발, 사용 후 핵연료 관리, 방사성 폐기물 처리/처분, 원자로 폐지 대책, 원자력 에너지 이용 다변화, 핵확산 방지 등 여러 과제들이 있다. 향후 원자력 에너지를 원자력발전 이외 다른 분야에 이용하는 즉, 원자력 에너지의 이용 다변화를 추진하여야 한다. 원자력 에너지를 이용한 해수담수화, 지역난방, 석유 가격의 상승에 따라 수소 생산, 공정열 등 원자력 이용 범위 확대에 대비한 기술 개발이 필요하다.
후쿠시마 사고 이후, 세계 각국은 원자력 시설에 대한 원자력 안전을 더욱 강화하고 있다. 후쿠시마 원전 사고 이후 에너지 이용의 안전성이 강조됨에 따라 안전 체계 강화와 안전 문화의 확산이 예상된다. 세계 원자력 시장을 장악하기 위한 글로벌 경쟁이 심화되고, 지속가능한 원자력을 위해 차세대 원자로 개발 등 미래의 준비가 필요하다. 지금까지의 운전 실적에 따르면 열중성자(熱中性子)로인 가압경수로와 비등경수로 및 중수로가 원자력 시장에서의 우위를 계속 유지하여 왔다. 이러한 추세는 앞으로도 당분간 지속될 전망이다. 안전성 측면에서 혁신적인 설계 개념이 개발되고 있다. 안전성과 경제성이 입증된다면 피동형 안전장치를 부착한 원자력발전소가 건설될 것이다.
한편 2030년 이후에도 경수로는 당분간 주력 원자로형으로서의 역할을 계속할 것으로 예측되나, 사용 후 핵연료 정책과 제4세대 원자력시스템(Gen Ⅳ)의 개발 정도에 따라 원전의 노형(爐型) 구성이 변화될 것으로 예측된다. 따라서 세계의 2030년 이후의 원전 노형은 개량형 경수로, 고속로, 고온가스로, 중소형로가 주력 노형으로 구성될 것으로 전망된다.
방사선 기술의 전망[편집]
방사선 기술은 원자력발전과 함께 중요한 원자력 이용 기술이며, 이를 통하여 많은 유익을 얻을 수 있다. 방사선 기술은 공업 분야, 의료 분야, 농업 분야, 바이오, 식품 조사 등에 널리 이용되고 있다. 미래에는 가속기(加速器)와 그 주변기술의 발전에 힘입어 이용 분야가 더욱 넓어질 것으로 기대된다. 이제까지는 방사성동위원소(放射性同位元素)에 의한 감마선원(gamma ray source)과 전자선 가속기가 실용 분야의 중심이었다. 그러나 미래에는 전자 이외의 입자선을 방사하는 가속기 개발이 발전의 주요 요인이 될 전망이다. 미래 가속기 개발은 높은 에너지에서 대전류(帶電流)로 옮겨가고, 전자에서 이온으로 옮겨 가며 이온의 다양화와 입자선의 고질화, 뮤온(muon)이나 양전자(positron) 또는 방사광(放射光, radiant light)과 같은 2차 빔을 발생시키기 위한 가속기 개발이 주를 전망이다.
산업 기술의 고도화와 산업 규모의 확대 그리고 국민생활 수준의 향상에 따라 방사선 및 RI(방사성동위원소)의 이용이 더욱 더 활성화되고 있다. 이에 따라 앞으로도 방사선 및 방사성동위원소의 이용이 국가의 경제발전과 국민생활의 향상에 미치는 영향은 점점 더 증대될 것으로 예상되고 있다. 원자력을 과학(科學, science) 기술 전 분야가 융·복합된 지식 기반 기술시대의 대표 주자로 육성하고 재료, 물리, 화학(化學, chemistry), 생물, 전자, 제어 등 다양한 과학 기술이 복합된 융합 기술로써 원자력 R&D(Research and Development) 역량이 강화되어야 할 것이다.
원자력발전 이외의 부분인 의료와 식량 생산 그리고 공업 생산 등의 분야에서도 원자력은 인류 삶의 질을 높이는 데 큰 역할을 담당하게 될 것이다. 원자력공학은 전 인류의 미래에 희망을 주는 희망 에너지, 행복 에너지로서의 역할이 기대된다.
원자력 공학과가 있는 대학[편집]
원자력 공학과 국내 대학[편집]
- 과학기술원
- 국립대학
- 과학기술연합대학원대학교
- 경북대학교 에너지공학부 신재생에너지전공
- 부산대학교 기계공학부 원자력시스템전공
- 서울대학교 원자핵공학과
- 전북대학교 양자시스템공학과
- 제주대학교 기계메카에너지화학공학부 에너지공학전공
- 사립대학
- 경일대학교 원자력에너지융합학과
- 경희대학교 원자력공학과
- 고려대학교 보건환경융합과학부
- 단국대학교 원자력융합공학과
- 동국대학교 경주캠퍼스 창의융합공학부 에너지·전기공학전공
- 세종대학교 원자력공학과
- 위덕대학교 에너지전기공학부 원전·제어시스템공학전공 Archived 2022년 2월 13일 - 웨이백 머신
- 인제대학교 원자력응용공학전공
- 조선대학교 원자력공학과
- 중앙대학교 에너지시스템공학부 원자력전공
- 포항공과대학교 첨단원자력공학부
- 한국전력국제원자력대학원대학교 원자력산업학과
- 한양대학교 원자력공학과
원자력 공학과 해외 우수 대학[편집]
- MIT
- University of Michigan
- University of Wisconsin-Madison
- Texas A & M University
- North Carolina State University
참고자료[편집]
- 〈원자력공학〉, 《나무위키》
- 〈원자력공학〉, 《위키백과》
- 〈원자력공학(原子力工學)〉, 《한국민족문화대백과사전》
- 〈학문명백과 : 공학〉, 《원자력공학》
같이 보기[편집]
