세계3번때 원자력 전지(Nuclear battery) 개발 성공

과학-전기-전자
2024. 7. 12. 12:39

대한민국, 세계 3번째 원자력 전지 개발 성공!

Satellite nuclear battery

원자력 전지 (Nuclear battery) 개발 성공 핵심 내용:

원자력 전지(Nuclear battery) 개발 기간:
대한민국은 2022년부터 개발하기 시작한 원자력전지를 누리호 성능검증위성에 탑재해 지구 저궤도에서 신뢰성을 평가한 결과, 장기간 안정적인 전력 생산 능력을 입증했다고 발표했습니다.

이번에 대한민국이 만든 원자력전지는 전 세계에서 미국과 러시아 다음으로 세계 3번째 만들었습니다. 한국이 개발한 원자력전지는 플루토늄 동위원소(Pu-238)를 열원으로 하고, 열을 전기로 변환하는 열전소자, 전지 내부의 열 손실을 막고 열을 전달하는 열제어 구조체로 구성된 열출력 10W(와트)급 소형 원자력전지입니다.

한국이 개발한 원자력 바테리는 지난 2022년 11월부터 올해 5월까지 1년 반 동안 원자력전지가 전기 출력을 장기간 유지할 수 있는지 검증했습니다. 원자력전지의 출력전압과 내부 온도를 위성 본체가 전달받아 데이터를 일정 기간 저장한 뒤 지상국과 교신 시 데이터를 전송하는 방식입니다. 그 결과 출력 감소나 부품 고장 없이 약 120㎽(밀리와트)의 전력을 지속적으로 생산하고 있었습니다.

다만 이번 실험에서는 지구 저궤도에서 방사성물질 사용을 금지하는 UN 국제규범에 따라 방사성동위원소 열원을 전기 히터로 대체했습니다.

원자력 전지(Nuclear battery)개발 성과:

한국원자력연구원(KAERI) 연구팀이 플루토늄-238 동위원소를 이용한 10와트급 소형 원자력 전지를 개발하고, 누리호 성능검증위성에 탑재하여 우주 실증에 성공했습니다.

원자력 전지(Nuclear battery)개발 의의:

미국과 러시아에 이어 세 번째로 원자력 전지 개발에 성공한 국가가 되었으며, 이는 우주 탐사 분야에서 대한민국의 기술력을 크게 향상하는 중요한 성과입니다.

원자력 전지(Nuclear battery)주요 특징:

안정적인 전력 공급: 태양광과 달리 빛이 없는 환경에서도 지속적으로 전력을 공급할 수 있어 달 탐사 등에 활용 가능합니다.
장수명: 수십 년 동안 안정적으로 작동하며, 인공위성의 수명 연장에 기여합니다.
소형 및 경량: 기존 원자력 전지보다 작고 가벼워 위성搭載에 유리합니다.
활용 분야: 달 탐사선, 소행성 탐사선, 극지방 인공위성 등 태양광 에너지 사용이 어려운 우주 임무에 활용될 수 있습니다.

원자력 전지(Nuclear battery)개발 기대 효과:

우주 탐사: 원격 행성 탐사, 우주선 추진, 과학 관측 등 다양한 우주 탐사 활동에 새로운 가능성을 열어줍니다.
미래 기술: 원자력 전지 기술은 미래 우주 개발에 필수적인 기술이며, 이번 성공은 대한민국이 미래 우주 강국으로 도약하는 발판이 될 것으로 기대됩니다.

인공위성에 사용되는 원자력 전지의 원리
인공위성에 사용되는 원자력 전지는 크게 두 가지 방식으로 작동합니다.

1. 방사성 동위원소 열전지 (RTG)

원리: 방사성 동위원소의 붕괴 과정에서 발생하는 열에너지를 이용하여 전기를 생산합니다.
장점: 태양광과 달리 빛이 없는 환경에서도 지속적으로 전력을 공급할 수 있으며, 작고 가볍습니다. 또한, 움직이는 부품이 없어 유지 관리가 용이하고 수명이 길어 인공위성에 적합합니다.
단점: 방사성 물질을 사용하기 때문에 안전 관리에 주의해야 하며, 제작 비용이 높습니다. 또한, 열전 변환 효율이 낮아 상대적으로 많은 양의 열 에너지를 필요로 합니다.

2. 베타 전지

원리: 방사성 동위원소가 붕괴하면서 방출하는 베타선 (전자)을 반도체에서 전자-정공 쌍으로 변환하고, 이를 통해 전류를 발생시켜 전력을 생산합니다.
장점: RTG에 비해 구조가 간단하고 가볍습니다. 또한, 열전 변환 과정이 없어 열 손실이 적고 효율이 높습니다.
단점: RTG에 비해 출력이 작고, 방사성 동위원소의 반감기에 따라 출력이 감소합니다. 또한, 고에너지 베타선이 반도체를 손상시킬 수 있어 내구성이 떨어질 수 있습니다.

인공위성에 적합한 원자력 전지 선택:

임무 목적과 환경: 인공위성의 임무 목적과 운영 환경에 따라 적합한 원자력 전지 종류가 달라집니다. 예를 들어, 태양광이 없는 어두운 곳에서 작동해야 하는 인공위성에는 RTG가 더 적합하고, 가벼운 무게가 중요한 인공위성에는 베타 전지가 더 적합할 수 있습니다.
기술 성숙도: 현재 RTG 기술은 보다 성숙하고 안정적이지만, 베타 전지 기술은 빠르게 발전하고 있으며, 향후 더 많은 인공위성에 사용될 가능성이 높습니다.