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원자력 전지

last modified: 2014-11-28 15:57:06 Contributors



소련에서 만들어져 버려진 방사성 동위원소 열전기 발전기

우주탐사선의 전력원으로 사용되는 방사성 동위원소 열전기 발전기(RTG: Radioisotope Thermoelectric Generator)가 대표적인 원자력 전지이다. 구조는 간단하게 방사성 동위원소 물질 덩어리와 여기에 부착된 열전쌍(thermocouple)으로 이우어져 있다. 방사성 동위원소가 붕괴하면서 발생하는 열이 열전쌍에 전달되면, 열전쌍을 이루는 금속들 안의 전자들이 열운동을 하면서 전류가 생겨 전력이 생산된다.

RTG는 주로 태양 빛이 약해서 태양전지를 쓸 수 없는, 보이저 1, 2호 같은 태양계 외곽의 우주 탐사선의 동력원으로 쓰인다. 2012년 8월 6일 화성에 착륙한 큐리오시티도 원자력 전지를 동력원으로 하고 있는데, 태양빛이 도달하는 화성에서 (실제로 종래의 화성 탐사선들은 태양전지를 사용했지만) 큐리오시티에는 굳이 무거운 원자력 전지를 탑재한 이유는 바로 화성의 기상현상 때문. 일단 밤낮도 문제지만, 화성에는 모래바람이 불기 때문에 태양전지판이 덮이거나 할 수 있기 때문이다.


장기간 안정되게 열을 공급해야 하므로 적당한 길이의 반감기를 가져야 한다. 반감기가 너무 짧으면 당연히 수명이 짧고, 너무 길면 단위시간당 에너지가 적어진다. 또한 경량화를 위해 가능한 얇은 차폐막으로 방사능 차폐가 가능한 것이 바람직하다. 이러한 기준에서 플루토늄 238(위 사진의 빨간색[1] 물질)이 가장 흔하게 쓰이고 있다. 플루토늄 238은 실로 RTG최고의 연료로, 알파선만 방출하여 몇밀리미터만 차폐시키면 되는 연료지만, 문제는 저걸 써먹을려면 핵연료 재처리기술이 꼭 필요하다. 그리고 일반적으로 그 기술을 보유하고 있는 국가는 핵무기를 만들 의사를 갖고 있는 것으로 취급한다.

위에 버려진 것처럼 보이는 원자력 전지에는 스트론튬 90이 들어가 있다. 스트론튬 90은 베타선을 방출하여 X선을 부산물로 내놓기 때문에 방호벽이 좀 두껍다. 출력은 용도에 따라 다르지만 수십 와트 정도이다.

출력비(출력 대 무게 비, W/kg)가 리튬 이온 전지의 100분의 1 수준이니까 그리 효율적인 전력원이라고 할 수는 없다. 그러나 화학전지와는 달리 어떠한 조건에서도 반감기가 될때까지 수십 년 동안 안정된 전력을 공급해줄 수 있다는 점이 가장 큰 장점이다. 다만, 시간이 지날 수록 붕괴된 동위원소의 양이 증가하면서 발생하는 열이 감소하며, 열전대도 망가지기 때문에 시간이 갈수록 서서히 출력이 떨어진다. 예전엔 페이스메이커용으로도 사용된적이 있다. 2003년 이 페이스메이커를 차고 다니는 사람이 50~100여명이 남아있다. 현재의 페이스메이커의 전력원은 리튬 전지.

현재 대한민국 몇몇 곳에서 차세대 전지로 연구중. 2020년까지 휴대폰이나 노트북 전지로 사용 가능하게 하는것이 목표. 원자력 전지 내용물을 음식물에 섞는 사건이 발생하면 난감하겠지만.. 그러나 원자력 전지의 경우 효율이 리튬전지보다 더 떨어진다... 효율이 리튬전지보다 더 떨어지는데 개발하는 이유는 리튬전지와 달리 원자력 전지의 경우 어떠한 상황에서도 꾸준히 일정한 전기를 생산하기 때문이다. 그리고 중요한건 원자력 전지를 관리도 안될정도로 마구 뿌리는것도 문제이다. 예전에 소련에서 무인등대를 돌리기 위해서 RTG를 마구마구 만들어냈는데, 그동안 기록누락등으로 인해 기록에서 지워진 RTG들이 생겨났다. 그게 저 사진에 나온 RTG이다. 어쨌든 이놈들의 뚜껑을 여는 순간, 일단 그 사람은 죽는거고, 그 주변 지역은 방사능으로 오염되어 버리게 된다.

데즈카 오사무 화백의 대표작인 철완 아톰의 세계관에 등장하는 동력원. 1980년도 부터 사용되었고 계산기(..)에도 사용된다는 설정이다.(..) 작품내에 묘사되는 모습은 그냥 좀 굵은 건전지. 동방몽시공에 등장하는 루코토의 동력원도 이 전지이다.

시즈마 드라이브의 모티브가 아닐까 추정되는 물건.[2]

폴아웃 시리즈에서도 원자력전지가 등장하는데, 폴아웃의 세계관에서는 화석연료가 이미 20세기말에 고갈되는 바람에 대체연료로 원자력을 사용하고 있기 때문.바이오디젤이 더 효율적이지 않을까?[3][4]그탓에 관련기술이 많이 발달한 탓인지 위의 크기와는 비교도 안되게 작아졌는데, 건전지라 부를만큼 작아졌지만, 무게는 꽤 무거운편. 대전쟁 이전 미국에서는 일반가정용 건전지처럼 쓴것으로 추측[5]되며, 게임내에서 사용할수는 없지만, 폴아웃3의 DLC Point Lookout에서는 문샤인의 재료(?!)로 쓰이고 아웃: 뉴베가스의 DLC Dead Money에서는 시에라 마드레 카지노의 칩을 복제하는데 금속부품2개와 전지1개로 조합가능. 여담으로 레이저무기들의 탄약인 마이크로 퓨전셀, 에너지셀, 일렉트론 차지팩도 원자력 전지와 비슷하게 전쟁전에는 건전지대체품으로 보급이 된듯한데, 이쪽이 차라리 더 정상적이다... 또한 파워 아머의 동력원 역시 이 원자력 전지라는데, 도대체 어디에다 꼿는지 알수없다...등짝에다 전지같은걸 끼얹나? 근데 작은 크기라 어디든 장착할 수 있을 것 같기는 하다.
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  • [1] 자기자신의 방사능 붕괴 에너지로 가열되어 달아오른 것.
  • [2] 여기서는 대형 손전등에 사용하는 네모난 전지 크기정도로 작아졌다. 원자력에 올인한 세계의 기술이라서 그런듯. 하지만 무게는 엄청 무겁게 설정되어있다.
  • [3] 폴아웃: 뉴 베가스에서는 넬리스 공군 기지에서 부머들이 바이오디젤을 자체적으로 정제해서 쓰긴 한다.
  • [4] 또한 옥수수의 가격 폭등의 큰 이유중 하나가 바이오디젤인것을 감안하면 석유를 대체할 정도로 바이오디젤을 생산한다면 전지구적인 식량난이 불어닥칠것을 어렵지 않게 예상해볼수 있다.(...) 바이오디젤은 어디까지나 보조용이지 주류로 자리잡기엔 대가가 너무 크다.
  • [5] 폴아웃 세계관의 전등같은걸 보면 원자력 전지가 하나씩 붙어있다.