예전부터 이런 생각을 해 본 적이 있다.
태양광패널이라는 게 결국은 특정 파장의 빛을 흡수하는 물질을 패널 표면에 발라서, 그 패널이 특정 파장의 빛을 흡수해서 그걸로 전기를 만들어 내는게 아닌가.
그 과정에서 햇빛이 전기로 변하면서 일부는 사라진다는거.
특히 페로브스카이트의 경우, 흡수하는 파장을 다르게 하여 투명도를 조절한다거나 하는 방식으로 사용할 수도 있다고 들었다.
그런데 이렇게도 가능할까?
가시광선도, 적외선이나 자외선도 혹은 전파도 파동의 일부인데..
가시광선을 이용해서 전기를 만든다면 자외선을 이용해서 전기를 만들 수도 있을거고, 적외선을 이용해서 전기를 만들 수도 있지 않을까. 심지어 전파나 마이크로파를 이용해서 전기를 만들 수도 있지 않을까?
특히나 마이크로파를 이용해서 전기를 만들 수 있다면, 그리고 그 효율이 꽤 괜찮게 나온다면 우주태양광도 가능해지리라.
우주태양광은 우주에서 태양광패널을 이용해서 전기를 만들고, 그 전기를 지구로 전송할때, 마이크로파 형태로 특정 위치에 쏘고, 그 위치에 마이크로파를 이용해서 전기를 만드는 패널이 있다면, 결국 무선송전기술이 되지 않는가. 실제 이런 식으로 연구가 이루어지고 있다고 기사를 본 것 같다.
그런데, 생각을 좀 더 확장해본다면, 방사능이라는건 방사선을 낼 수 있는 능력이고, 방사선이라는 것 역시 파동의 일부이다. 아주 고에너지를 가지는 파동. 전파보다 적외선이, 적외선보다 가시광선이, 가시광선보다 자외선이 더 에너지를 많이 가지고, 또한 파장이 짧다. 그렇다면, 더 파동이 짧고 고에너지인 방사선을 흡수해서 전기로 바꿔주는 패널이 있다면? 그렇다면 우리가 방사능폐기물을 그냥 폐기물로 처리해서 버리는게 아니라 그걸 다시 에너지원으로 사용할 수도 있지 않을까? 원전폐기물의 방사능 반감기가 10만년이라면, 10만년 동안 그 에너지로 전기를 만들 수 있다는 이야기가 될 거다. 물론, 그 양이 얼마나 되는가 하는건 다른 문제일 거고.
그 과정에서 방사선의 일부가 전기로 전환되면서 사라지게 될 거다.
단순히 생각해 보면 태양광패널이 햇빛을 받아서 그걸 전기로 바꾸게 되면, 원래 햇빛이 지표에 닿아서 열로 바뀌는 것의 일부가 전기로 바뀌게 된다는 것이다.그렇다는 건 햇빛을 흡수해서 전기로 바뀌면 일부에 대해서는 햇빛이 사라지게 되는거다. 물론 빛과 방사선이 똑같지는 않으리라. 하지만 에너지 보전의 법칙에 따라서, 방사선이 가지는 에너지의 일부가 전기로 바뀌었으니, 당연히 방사선 역시 약해지지 않을까?
이게 궁금해서 제메나이한테 질문을 해 봤다.
아래는 그 질문에 대한 제메나이의 답변이다.
질문 : 방사능을 흡수하는 태양광패널을 만들 수 있어?
답변 : 네, "방사능을 흡수하는 태양광 패널"이라는 개념은 기술적으로 복잡하지만, 특정 종류의 방사선을 전기로 변환하는 장치에 대한 연구는 활발히 이루어지고 있습니다.
일반적인 태양광 패널의 작동 원리: 현재 우리가 흔히 보는 태양광 패널(PV 패널)은 주로 가시광선과 일부 자외선(UV), **적외선(IR)**을 흡수하여 전기를 생산합니다. 이는 태양광 패널의 반도체 물질(주로 실리콘)이 이 파장 대역의 광자를 흡수하여 전자를 들뜨게 하고, 이 전자의 흐름이 전류를 생성하는 '광전 효과(Photovoltaic effect)'를 이용한 것입니다.
방사능(이온화 방사선)과의 차이: "방사능"은 일반적으로 핵 붕괴 과정에서 발생하는 알파선, 베타선, 감마선, 중성자선과 같은 이온화 방사선을 의미합니다. 이러한 방사선은 일반적인 태양광 패널이 흡수하여 전기를 생산하도록 설계되지 않았습니다. 그 이유는 다음과 같습니다.
- 에너지 스펙트럼의 차이: 이온화 방사선은 가시광선보다 훨씬 높은 에너지를 가집니다. 일반적인 태양광 패널의 반도체는 이러한 고에너지 입자를 효율적으로 흡수하고 전기로 변환하도록 최적화되어 있지 않습니다. 오히려 고에너지 방사선은 패널의 재료를 손상시키고 성능을 저하시킬 수 있습니다.
- 작동 원리: 이온화 방사선은 광자처럼 전자-정공 쌍을 생성할 수 있지만, 일반적인 광전 효과와는 다른 메커니즘으로 작용하며, 기존 PV 셀의 구조는 이에 효율적으로 대응하지 못합니다.
"방사능을 흡수하는" 에너지 변환 장치:
그럼에도 불구하고, 방사능을 이용해 전기를 생산하는 기술은 존재하며, 이를 방사능 전지(Radioisotope Battery) 또는 **베타볼타익스(Betavoltaics)**라고 합니다.
- 베타볼타익스 (Betavoltaics): 특정 방사성 동위원소(예: 니켈-63, 수소-3 등)에서 방출되는 베타 입자(고속 전자)를 반도체 물질(실리콘, 다이아몬드 등)에 충돌시켜 전기를 생산하는 방식입니다. 이 과정은 태양광 패널의 광전 효과와 유사하게 전자를 움직여 전류를 생성합니다.
- 장점: 매우 긴 수명(수십 년)과 안정적인 전력 출력을 제공할 수 있어 우주선, 심해 탐사선, 의료 기기(인공심장 박동기) 등 장기간의 저전력 공급이 필요한 곳에 사용됩니다.
- 단점: 생산되는 전력량이 매우 작고, 가격이 비싸며, 방사성 물질 취급에 대한 안전 문제가 따릅니다.
- 열전 발전 (Thermoelectric Generators, RTG): 방사성 동위원소의 붕괴열을 이용하여 열전 소자(Thermocouple)를 통해 전기를 생산하는 방식입니다. 태양광 패널과는 원리가 다릅니다. 이 또한 우주 탐사선에 주로 사용됩니다.
태양광 패널을 개조하여 방사능을 흡수하게 만들 수 있을까?
이론적으로는 특정 이온화 방사선을 흡수하고 전기로 변환할 수 있는 반도체 소재를 개발하여 PV 셀과 유사한 형태로 만들 수는 있습니다. 실제로 베타볼타익 전지에서는 실리콘과 같은 반도체 물질을 사용하기도 합니다.
하지만 일반적인 태양광 패널에 단순히 방사성 물질을 추가한다고 해서 방사능을 효율적으로 흡수하고 전기를 생산하는 것은 아닙니다. 오히려 패널이 손상될 가능성이 높습니다. "방사능을 흡수하는 태양광 패널"이라는 것은 기존의 태양광 패널 기술을 단순히 확장하는 것이 아니라, 고에너지 방사선에 특화된 새로운 반도체 소재 및 장치 설계가 필요한 별개의 연구 분야라고 볼 수 있습니다.
결론:
현재의 일반적인 태양광 패널은 방사능(이온화 방사선)을 흡수하여 전기를 생산하도록 설계되지 않았습니다. 하지만 방사성 동위원소의 에너지를 전기로 변환하는 베타볼타익스와 같은 기술은 존재하며, 이는 특정 형태의 방사선을 전력으로 전환하는 것을 목표로 합니다. 따라서 "방사능을 흡수하는 태양광 패널"이라는 아이디어는 기존의 PV 패널과는 다른, 특수한 목적과 설계가 필요한 장치라고 이해할 수 있습니다.