[재미있는 원자력] 우주서 스스로 충전하는 원자력전지!/손광재 한국원자력연구원 책임연구원

입력 : ㅣ 수정 : 2016-08-09 00:16

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손광재 한국원자력연구원 책임연구원

▲ 손광재 한국원자력연구원 책임연구원

“백만 스물하나, 백만 스물둘…” 하면서 팔굽혀펴기를 하는 건전지 광고가 있었다. 건전지의 수명이 길다는 것을 강조하기 위한 것이었는데 전지에서 수명은 중요한 품질지표다. 건전지 수명이 많이 길어졌다고는 하지만 장난감 건전지를 바꿀 때마다 ‘건전지 수명이 한 10년 정도만 됐으면 좋겠다’는 생각을 간혹 한다.

그런데 수명이 10년이 넘는 전지가 실제로 사용되고 있다. 원자력전지가 바로 그것이다.

방사성동위원소는 안정된 원소로 변해 가는 과정에서 알파, 베타, 감마선 등의 방사선에너지를 방출하는데 이 에너지를 전기에너지로 변환하는 장치가 원자력전지다. 단위 질량당 에너지 밀도가 높고 수명이 10년 이상으로 길며 극한 환경에서도 안정적으로 전기를 생산할 수 있다는 것이 장점이다.

원자력전지는 열을 이용하는 동위원소열전발전기(RTG)와 방출되는 방사선을 직접 이용하는 베타볼테익전지로 구분된다.

동위원소열전발전기의 핵심 원리는 방사성동위원소가 붕괴되면서 만들어 내는 열을 전기에너지로 변환하는 것이다.

영하 185도의 극한 환경에서도 열과 전기를 안정적으로 오랫동안 생산할 수 있기 때문에 우주탐사선의 전력원으로 많이 쓰인다. 최근까지 미국은 항법위성에서부터 파이어니어, 보이저, 갈릴레오, 뉴허라이즌스 등 26개의 다양한 우주 탐사선에서 RTG를 전력원으로 이용했다.

우리나라도 2020년 달 탐사를 목표로 우주개발 레이스에 뛰어들었다. 탐사선에 전력을 공급하는 RTG 개발도 함께 이뤄지고 있다. 태양에너지가 충분한 달 탐사에서 RTG가 필요한 이유는 달의 경우 밤이 14일간 지속되고 온도가 영하 170도까지 내려가 탐사선 전자장비의 유지를 위한 전원이 필요하기 때문이다.

한편 베타볼테익전지는 베타 방사선을 실리콘 반도체에 직접 충돌시켜 전력을 생산하는 장치다. 이 기술을 활용하면 아주 작고 오래가는 전지를 만들 수 있어 초소형 장치 및 센서의 구동, 교량 등 인프라 시설 안전감시용 등 다양하게 활용할 수 있다. 미세전자기계시스템(MEMS)과 국방, 의료, 초소형 로봇, 항공우주 분야에서 베타볼테익전지의 활용도는 더욱 높아질 것으로 보인다.

태양계가 속한 우리 은하에만 3000억개 이상의 별이 있고, 우주에는 이러한 은하가 2000억개 이상이 분포해 있다고 한다. 1977년 발사된 무인 탐사선 보이저 1호가 원자력전지를 이용해 명왕성을 지나 최초로 태양계의 경계면을 통과하기까지 무려 36년이 걸린 점을 감안하면 심우주 탐사에 원자력전지는 필수적이다. 원자력전지가 미지의 우주를 밝히는 불이 돼 우리의 궁금증을 하나씩 풀어 줄 것으로 기대된다.
2016-08-09 29면
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