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자연에 존재하는 모든 물질은 아주 작은 원자로 구성되어 있다. 공기 중에 있는 산소나 질소도 실은 모두 작은 원자로 구성되어 있다.
원자는 중심에 자리잡고 있는 원자핵과 그 주위를 돌고 있는 전자로 구성되어 있다. 그리고 원자핵은 양자와 중성자로 되어 있다.
우라늄과 같은 무거운 원자핵이 중성자를 흡수하게 되면 원자핵이 쪼개지는데 이를 원자핵분열이라고 한다. 원자핵 하나가 분열할 때에는 많은 에너지와 함께 2 ~ 3개의 중성자가 함께 나온다.
그 중성자가 다른 원자핵에 흡수되면 또 다시 원자핵분열이 일어나고, 이렇게 연속적으로 원자핵분열이 일어나는 현상을 원자핵분열 연쇄반응이라고 한다.
원자력이란 바로 원자핵분열이 연쇄적으로 일어나면서 생기는 막대한 에너지를 말한다. 이때 원자핵분열 연쇄반응이 서서히 일어나도록 하면서 필요한 만큼의 에너지를 안전하게 뽑아 쓸수 있게 하는 장치가 바로 원자로이다.
원자로는 우라늄과 같은 원자핵이 중성자를 쉽게 흡수하여 핵분열 연쇄반응이 잘 일어날 수 있도록 중성자의 속도를 늦춰주는 감속재로 물이나 흑연 등을 사용하고 있다.
이와 함께 원자로는 핵분열 연쇄반응이 너무 급격하게 일어나지 않도록 제어하는 기능도 갖고 있다. 이러한 제어기능은 중성자를 잘 흡수하는 물질로 만들어진 제어봉이 담당한다.
원자핵분열을 일으킬 수 있는 물질로는 우라늄 233, 우라늄 235, 플루토늄 239 등이 있으나 원자력발전소에서는 대개 우라늄 235를 2~4퍼센트 정도로 농축하여 연료로 사용하고 있다.